RU2689397C1 - Interferometric homodyne radar - Google Patents

Interferometric homodyne radar Download PDF

Info

Publication number
RU2689397C1
RU2689397C1 RU2018128453A RU2018128453A RU2689397C1 RU 2689397 C1 RU2689397 C1 RU 2689397C1 RU 2018128453 A RU2018128453 A RU 2018128453A RU 2018128453 A RU2018128453 A RU 2018128453A RU 2689397 C1 RU2689397 C1 RU 2689397C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
radar
receiving
input
phase difference
Prior art date
Application number
RU2018128453A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Евгеньевич Ананенков
Антон Вячеславович Коновальцев
Владимир Михайлович Нуждин
Владимир Викторович Расторгуев
Павел Владимирович Соколов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Priority to RU2018128453A priority Critical patent/RU2689397C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2689397C1 publication Critical patent/RU2689397C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/82—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted
    • G01S13/84—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted for distance determination by phase measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/288—Coherent receivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/16—Circuits
    • H04B1/30—Circuits for homodyne or synchrodyne receivers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radar ranging.SUBSTANCE: invention relates to radar ranging, in particular, to homodyne radars. Distinction of the invention is that homodyne radar comprises receiving-transmitting and receiving channels (antennas of which are spaced apart on base d), a spectrum forming device (for example, by means of FFT) and a multichannel device for measuring phase difference.EFFECT: enabling determination of the height of the object being lumped.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам.The invention relates to the field of radar, namely homodyne radar.

Известен гомодинный радиолокатор (патент №2626405) с непрерывным частотно-модулированным зондирующим сигналом, в котором используется одна приемно-передающая антенна и обеспечивается расширенный динамический диапазон принимаемых сигналов, при минимизации боковых лепестков сигнальной функции. В этом гомодинном радиолокаторе, дополненным известным устройством параллельного спектрального анализа [И.С. Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1994 г.], позиция 10 на фиг. 1, реализуется измерение дальностей Rn, до объектов, находящихся в антенном луче.Known homodyne radar (patent No. 2626405) with a continuous frequency-modulated sounding signal, which uses one receiving and transmitting antenna and provides an extended dynamic range of received signals, while minimizing the side lobes of the signal function. In this homodyne radar, supplemented by a well-known device of parallel spectral analysis [I.S. Gonorovsky Radio circuits and signals. - M .: Radio and communications, 1994], item 10 in FIG. 1, the measurement of the distances Rn, to the objects in the antenna beam, is realized.

Однолучевые гомодинные радиолокаторы находят применение в бортовых радиолокационных станциях (РЛС) бокового обзора пространства с синтезированием апертуры для формирования детального радиолокационного изображения местности. Однако в таких РЛС отсутствует возможность определения высоты (возвышения) лоцируемого объекта над поверхностью.Single-beam homodyne radars are used in side radar stations (radar) side-view space with the synthesis of the aperture for the formation of a detailed radar image of the terrain. However, in such radars there is no possibility of determining the height (elevation) of the object being located above the surface.

Для устранения этого недостатка и расширения функциональных возможностей РЛС предлагается ввести второй приемный гомодинный канал с второй приемной антенной, смещенной по вертикали на базу d по отношению к первой. В заявляемом радиолокаторе измеряются дальности до лоцируемых объектов Rn и формируются оценки разности фаз

Figure 00000001
сигналов, принятых (приемными) антеннами (фиг. 2), которые позволяют рассчитать высоты лоцируемых объектов по следующим аналитическим соотношениям:To eliminate this drawback and expand the radar functionality, it is proposed to introduce a second receiving homodyne channel with a second receiving antenna shifted vertically on base d with respect to the first. In the inventive radar, the distances to the objects being located are measured R n and phase difference estimates are formed.
Figure 00000001
signals received (receiving) antennas (Fig. 2), which allow to calculate the heights of the objects being located by the following analytical relations:

Figure 00000002
, определяющему разность хода электромагнитной волны (ЭМВ), причем первый член выражения определяет разность хода для ровной горизонтальной поверхности,
Figure 00000002
determining the path difference of an electromagnetic wave (EMW), with the first term of the expression determining the path difference for a flat horizontal surface,

Figure 00000003
, определяющему разность фаз, измеряемую предлагаемым радаром,
Figure 00000003
determining the phase difference measured by the proposed radar

Figure 00000004
, определяющему высоту объекта лоцирования либо поверхности.
Figure 00000004
that determines the height of the object of lazy or surface.

где

Figure 00000005
- волновой коэффициент, H - высота фазового центра антенной системы, d - база антенной системы, h - высота объекта, R0 - средняя дальность до объекта.Where
Figure 00000005
- wave coefficient, H - height of the phase center of the antenna system, d - base of the antenna system, h - object height, R 0 - average distance to the object.

Использование изобретения позволит расширить функциональные возможности радиолокатора за счет измерения второй координаты (высоты) лоцируемого объекта.The use of the invention will allow to expand the functionality of the radar by measuring the second coordinate (height) of the object being located.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном интерферометрическом гомодинный радиолокатор, содержащий генератор зондирующего сигнала, генератор функции временного окна, приемо-передающий канал, состоящий из последовательно соединенных приемо-передающей антенны, циркулятора, аддитивного смесителя, усилителя сигналов биений, амплитудного модулятора, к второму входу которого подключен выход генератора функции временного окна, усилителя с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой, согласно заявляемому изобретению дополнительно введены два устройства параллельного спектрального анализа, многоканальное устройство измерения разности фаз, полусумматор, направленный ответвитель СВЧ сигналов, вход которого соединен с генератором зондирующего сигнала, а первый выход соединен со вторым входом циркулятора; и дополнительный приемный канал, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны, сумматора, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя СВЧ сигналов, второго аддитивного смесителя, второго усилителя сигналов биений, второго амплитудного модулятора, к второму входу которого подключен второй выход генератора функции временного окна, второго усилителя с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой; выходы обоих усилителей с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой приемного и приемо-передающих каналов соединены со входами устройств спектрального анализа, первые выходы которых соединены с входами многоканального устройства измерения разности фаз, а вторые выходы устройств спектрального анализа соединены с входами полусумматора, причем выход полусумматора является первым выходом радиолокатора, выдающим значение оценки средней дальности Rn, выходы многоканального устройства измерения разности фаз являются вторым выходом радиолокатора, обеспечивающими формирование оценки разности фаз

Figure 00000006
и нахождение высот hn лоцируемых объектов (для n-го номера спектрального канала) по формуле:The claimed technical result is achieved by the fact that in a known interferometric homodyne radar comprising a probe signal generator, a time window function generator, a transceiver channel consisting of a series-connected transceiver antenna, a circulator, an additive mixer, a beat signal amplifier, an amplitude modulator, k the second input of which is connected to the output of the generator of the time window function, an amplifier with a quadratic amplitude-frequency characteristic, according to the claimed and acquiring further introduced two parallel spectral analysis devices, multi phase difference measuring device, a half-adder, a directional coupler for microwave signals having an input coupled to the probing signal generator, a first output connected to the second input of the circulator; and an additional receiving channel consisting of a serially connected receiving antenna, an adder, the second input of which is connected to the second output of the directional microwave signal coupler, the second additive mixer, the second beat signal amplifier, the second amplitude modulator, to the second input of which the second output of the time window function generator is connected , the second amplifier with quadratic amplitude-frequency characteristic; the outputs of both amplifiers with quadratic amplitude-frequency characteristic of the receiving and receiving-transmitting channels are connected to the inputs of spectral analysis devices, the first outputs of which are connected to the inputs of a multichannel device for measuring phase difference, and the second outputs of spectral analysis devices are connected to the inputs of a half adder, the output of a half adder is first radar output, which gives the value of the estimated average range R n , the outputs of the multichannel phase difference measuring device are the second output radar ode to provide an estimate of the phase difference
Figure 00000006
and finding the heights h n of the objects being mated (for the n-th number of the spectral channel) according to the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
- волновой коэффициент, H - высота фазового центра антенной системы, d - база антенной системы, hn - высота объекта, Rn - средняя дальность до объекта, полученная с выхода полусумматора, выдающего оценку средней дальности
Figure 00000009
Where
Figure 00000008
- wave coefficient, H - height of the phase center of the antenna system, d - base of the antenna system, h n - height of the object, R n - average distance to the object, obtained from the output of a half-adder, giving an estimate of the average range
Figure 00000009

Суть изобретения поясняется Фигурами 1-6.The essence of the invention is illustrated in Figures 1-6.

На фиг. 1 приведена структурная схема гомодинного радиолокатора-прототипа с устройством параллельного спектрального анализа.FIG. 1 shows a block diagram of a prototype homodyne radar with a device for parallel spectral analysis.

На фиг. 2 изображена геометрия визирования интерферометрического гомодинного радиолокатораFIG. 2 shows the geometry of the interferometric homodyne radar sighting

На Фиг. 3 изображена структурная схема интерферометрического гомодинного радиолокатора, где приняты следующие обозначения:FIG. 3 shows a block diagram of an interferometric homodyne radar, where the following notation is used:

1. Генератор зондирующего сигнала1. Probe Signal Generator

2. Циркулятор2. Circulator

3. Приемно-передающая антенна3. Receiving and transmitting antenna

4. Аддитивные смесители4. Additive mixers

5. Усилители сигналов биений5. Beating Signal Amplifiers

6. Амплитудные модуляторы6. Amplitude modulators

7. Усилители с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой (которые представляют собой последовательно соединенные усилители, первое и второе пропорционально дифференцирующие звенья)7. Amplifiers with a quadratic amplitude-frequency characteristic (which are series-connected amplifiers, the first and second proportional differentiating links)

8. Генератор функции временного окна8. Generator function of the time window

9. Направленный ответвитель СВЧ сигналов9. Directional Microwave Coupler

10. Устройства параллельного спектрального анализа (формирования спектра)10. Devices of parallel spectral analysis (spectrum shaping)

11. Многоканальное устройство измерения разности фаз11. Multichannel device for measuring phase difference

12. Полусумматор (выдающий оценку средней дальности

Figure 00000010
12. Half-adder (issuing an estimate of the average range
Figure 00000010

13. Сумматор13. Adder

14. Приемная антенна14. Receiving antenna

На Фигуре 4 представлен закон изменения частоты зондирующего и принятого сигналов. На Фигуре 4 обозначено:The Figure 4 shows the law of change in the frequency of the probing and received signals. In Figure 4 indicated:

ƒ0 - несущая частота зондирующего сигнала (ЗС), ƒ - частота, t - время,ƒ 0 is the carrier frequency of the probing signal (ES), ƒ is the frequency, t is the time,

ƒб - частота биений, прямо пропорциональная дальности до объекта R,ƒ b - the frequency of beats, directly proportional to the distance to the object R,

ƒmin и ƒmax - минимальная и максимальная частота зондирующего сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ),ƒ min and ƒ max - the minimum and maximum frequency of the probing signal with linear frequency modulation (chirp),

ΔƒД - девиация частоты ЗС,Δƒ D is the frequency deviation of the ES,

tR - временная задержка отраженного сигнала, пропорциональная дальности до объекта R,t R is the time delay of the reflected signal, proportional to the distance to the object R,

Тм - период модуляции ЗС.T m is the modulation period of the ES.

На Фигуре 5 представлены нормированные спектры сигнала биений для нулевых дальностей, S1(f) - спектр сигнала биений без коррекции, S2(f) - спектр сигнала биений с учетом частотной коррекции в усилителе с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой.Figure 5 shows the normalized beat signal spectra for zero ranges, S 1 (f) is the beat signal spectrum without correction, S 2 (f) is the beat signal spectrum taking into account frequency correction in an amplifier with a quadratic amplitude-frequency characteristic.

На Фигуре 6 представлен спектр сигнала биений 5(f) и спектр сигнала биений, модулированный функцией временного окна Smod(f).Figure 6 shows the beat signal spectrum 5 (f) and the beat signal spectrum modulated by the time window function S mod (f).

Интерферометрический гомодинный радиолокатор работает следующим образом.Interferometric homodyne radar operates as follows.

Выходной сигнал генератора ЗС 1 (Фиг. 3), частота которого изменяется по линейному закону (ЛЧМ) (фиг 4), поступает через направленный ответвитель (9) на вход первого плеча циркулятора (2). С выхода второго плеча циркулятора (2) сигнал подается на приемно-передающую антенну (3) и излучается в пространство.The output signal of the generator CS 1 (Fig. 3), whose frequency varies linearly (LFM) (Fig 4), is fed through a directional coupler (9) to the input of the first arm of the circulator (2). From the output of the second arm of the circulator (2), the signal is fed to the receiving-transmitting antenna (3) and is radiated into space.

Отраженный от объекта сигнал принимается приемно-передающей антенной (3) и приемной антенной (14). Сигнал с выхода приемно-передающей антенны (3) поступает на второе плечо циркулятора (2) и с минимальными потерями проходит на вход первого аддитивного смесителя (4). На этот же вход (первого аддитивного смесителя (4)) поступает так же гетеродинный сигнал, ослабленный за счет обратного прохождения через циркулятор (2) из первого плеча в третье плечо (на схеме фиг. 3 показан пунктиром). Сигнал с выхода приемной антенны (14) поступает на вход сумматора (13), где суммируется с гетеродинным сигналом, поступающим с направленного ответвителя (9), и далее с выхода сумматора подается на вход второго аддитивного смесителя (4). Аддитивные смесители (4) реализуют перемножение принятых и гетеродинных сигналов и низкочастотную фильтрацию. Далее сигналы обоих каналов интерферометрического гомодинного радиолокатора усиливаются в (малошумящем) усилителе сигнала биений (5), модулируются функцией окна в (6), нормируются в усилителях с квадратической АЧХ (7) и подвергаются процедуре спектрального анализа (10).The signal reflected from the object is received by the receiving-transmitting antenna (3) and the receiving antenna (14). The signal from the output of the receiving-transmitting antenna (3) is fed to the second circulator arm (2) and passes to the input of the first additive mixer (4) with minimal losses. The same input (the first additive mixer (4)) also receives the heterodyne signal, weakened due to the reverse passage through the circulator (2) from the first shoulder to the third shoulder (shown in dotted line in the diagram of Fig. 3). The signal from the output of the receiving antenna (14) is fed to the input of the adder (13), where it is added to the heterodyne signal from the directional coupler (9), and then from the output of the adder is fed to the input of the second additive mixer (4). Additive mixers (4) realize the multiplication of received and heterodyne signals and low-frequency filtering. Further, the signals of both channels of the interferometric homodyne radar are amplified in the (low-noise) beat signal amplifier (5), modulated by the window function in (6), normalized in amplifiers with quadratic frequency response (7) and subjected to the spectral analysis procedure (10).

Учитывая низкий уровень сигналов, отраженных от объектов с малой величиной эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) - Sэф, выходной сигнал смесителя 4 (сигнал биений) сначала усиливается в усилителе сигнала биений (5) (усилителе с малой величиной коэффициента шума).Considering the low level of signals reflected from objects with a small amount of effective scattering surface (EPR) - S eff , the output signal of mixer 4 (beat signal) is first amplified in a beat signal amplifier (5) (an amplifier with a small noise figure).

Для реализации частотного эспандирования и уменьшения динамического диапазона сигнала биений в гомодинном радиолокаторе используется зависимость интенсивности принятых сигналов от дальности (пропорциональной частоте биений), путем применения квадратичной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя (7). Применение усилителя (7) с квадратичной АЧХ позволяет выравнивать мощность сигналов, принятых от объектов, расположенных на различных дальностях и имеющих одинаковую величину Sэф. При этом динамический диапазон всех сигналов сужается до динамического диапазона наблюдаемой сцены (Фиг. 5).To implement frequency-spreading and reduce the dynamic range of a beat signal in a homodyne radar, the intensity of received signals is dependent on the distance (proportional to the beat frequency) by applying the quadratic amplitude-frequency characteristic (AFC) of the amplifier (7). The use of an amplifier (7) with quadratic frequency response makes it possible to equalize the power of signals received from objects located at different ranges and having the same value S ef . In this case, the dynamic range of all signals is narrowed down to the dynamic range of the observed scene (Fig. 5).

Однако кроме отмеченного положительного эффекта сужения динамического диапазона, возникает проблема возрастания уровня боковых лепестков функции неопределенности ЛЧМ зондирующего сигнала. Это возрастание создает существенные помехи на радиолокационном изображении сцены - пространственную засветку экрана по дальности, следующую за сигналом, который соответствует отражению от объекта.However, in addition to the noted positive effect of narrowing of the dynamic range, the problem arises of increasing side lobe level of the chirp uncertainty function of the probing signal. This increase creates significant interference with the radar image of the scene - the spatial illumination of the screen in range, following the signal that corresponds to the reflection from the object.

Для устранения этого эффекта, а также устранения влияния зон обращения ЛЧМ и паразитной амплитудной модуляции генератора зондирующего сигнала, в гомодинном радиолокаторе применяется амплитудный модулятор (6), в котором сигнал биений (Фиг. 6) модулируется по амплитуде функцией «временного окна», например, в виде функции:To eliminate this effect, as well as to eliminate the influence of the chirp orbit zones and the parasitic amplitude modulation of the probing signal generator, an amplitude modulator (6) is applied in the homodyne radar, in which the beat signal (Fig. 6) is modulated in amplitude by a time window function as a function:

Figure 00000011
Figure 00000011

Несложно показать, что в этом случае огибающая спектра сигнала биений на выходе амплитудного модулятора (6) будет иметь вид функции:It is easy to show that in this case the spectral envelope of the beat signal at the output of the amplitude modulator (6) will have the form of the function:

Figure 00000012
Figure 00000012

где: ωб - частота биений,where: ω b is the beat frequency,

S(ω) - спектральная плотность сигнала биений.S (ω) is the spectral density of the beat signal.

В отличие от функции

Figure 00000013
огибающая спектра сигнала биений, модулированная функцией «временного окна» Smod(ω), на выходе усилителя с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) (7) (Фиг. 6) имеет более широкий основной лепесток и боковые лепестки, которые спадают, обратно пропорционально третьей степени частоты.Unlike the function
Figure 00000013
The spectral envelope of the beat signal, modulated by the “time window” function S mod (ω), at the output of an amplifier with a quadratic amplitude-frequency characteristic (AFC) (7) (Fig. 6) has a wider main lobe and side lobes that fall back proportional to the third degree of frequency.

Таким образом, умножение сигнала в амплитудном модуляторе (6) на функцию окна, приводит к компенсации сомножителя

Figure 00000014
, и, следовательно, спектр огибающей сигнала биений будет иметь вид функции:Thus, multiplication of the signal in the amplitude modulator (6) by the window function leads to the compensation of the factor
Figure 00000014
, and, therefore, the spectrum of the bending signal envelope will have the form of a function:

Figure 00000015
Figure 00000015

В результате в гомодинном радиолокаторе не будет наблюдаться нежелательного роста уровня боковых лепестков функции неопределенности ЛЧМ сигнала.As a result, in the homodyne radar there will be no undesirable increase in the side lobes level of the chirp signal uncertainty function.

Генератор зондирующего сигнала (1) и генератор функции временного окна (8) синхронизируются по времени (на фиг. 1, 3 не показано).The probe signal generator (1) and the time window function generator (8) are synchronized in time (not shown in Fig. 1, 3).

В устройствах параллельного спектрального анализа (10) осуществляются преобразования сигналов биений в их спектры, которые подаются на многоканальное устройство измерения разности фаз (11), обеспечивающее формирование оценки разности фаз

Figure 00000016
для нахождения высот hn лоцируемых объектов по формуле (оценка разности фаз может быть сформирована различными способами, например после оцифровки сигналов и их спектрального анализа как arctg отношения квадратур спектров сигналов с выхода 10):In devices of parallel spectral analysis (10), beating signals are converted into their spectra, which are fed to a multichannel device for measuring the phase difference (11), which ensures the formation of an estimate of the phase difference
Figure 00000016
to find the heights h n of the objects being located by the formula (the estimate of the phase difference can be formed in various ways, for example, after digitizing signals and their spectral analysis as an arctg of the ratio of the quadratures of the spectra of signals from output 10):

Figure 00000017
, определяющему высоту объекта лоцирования либо поверхности.
Figure 00000017
that determines the height of the object of lazy or surface.

где

Figure 00000018
- волновой коэффициент, H - высота фазового центра антенной системы, d - база антенной системы, hn - высота объекта, Rn - средняя дальность до объекта, полученная с выхода полусумматора (12), выдающего оценку средней дальности
Figure 00000019
Where
Figure 00000018
- wave coefficient, H - height of the phase center of the antenna system, d - base of the antenna system, h n - height of the object, R n - average distance to the object, obtained from the output of the half-adder (12), which gives an estimate of the average range
Figure 00000019

Спектры сигналов биений с устройства (10) подаются так же на полусумматор (12). Выход полусумматора является выходом системы, выдающим оценки дальностей Rn.The spectra of the beat signals from the device (10) are also fed to the half-adder (12). The output of the half adder is the output of the system, issuing estimates of the distances R n .

Таким образом, технический результат от использования предложенного технического решения заключается в повышении функциональных возможностей гомодинного радиолокатора за счет одновременного определения дальности и высоты объектов или измерения рельефа подстилающей поверхности.Thus, the technical result from the use of the proposed technical solution is to increase the functionality of the homodyne radar due to the simultaneous determination of the range and height of objects or measurement of the relief of the underlying surface.

Изобретательский уровень предложенного технического решения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.The inventive step of the proposed technical solution is confirmed by the distinctive part of the claims.

Claims (3)

Интерферометрический гомодинный радиолокатор, содержащий генератор зондирующего сигнала, генератор функции временного окна, приемо-передающий канал, состоящий из последовательно соединенных приемо-передающей антенны, циркулятора, аддитивного смесителя, усилителя сигналов биений, амплитудного модулятора, к второму входу которого подключен выход генератора функции временного окна, усилителя с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой, отличающийся тем, что дополнительно введены два устройства параллельного спектрального анализа, многоканальное устройство измерения разности фаз, полусумматор, направленный ответвитель СВЧ сигналов, вход которого соединен с генератором зондирующего сигнала, а первый выход соединен со вторым входом циркулятора; и дополнительный приемный канал, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны, сумматора, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя СВЧ сигналов, второго аддитивного смесителя, второго усилителя сигналов биений, второго амплитудного модулятора, к второму входу которого подключен второй выход генератора функции временного окна, второго усилителя с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой; выходы обоих усилителей с квадратичной амплитудно-частотной характеристикой приемного и приемо-передающих каналов соединены со входами устройств спектрального анализа, первые выходы которых соединены с входами многоканального устройства измерения разности фаз, а вторые выходы устройств спектрального анализа соединены с входами полусумматора, причем выход полусумматора является первым выходом радиолокатора, выдающим значение оценки средней дальности Rn, выходы многоканального устройства измерения разности фаз являются вторым выходом радиолокатора, обеспечивающими формирование оценки разности фаз
Figure 00000020
и нахождение высот hn лоцируемых объектов для n-го номера спектрального канала по формуле:Interferometric homodyne radar containing a probing signal generator, a time window function generator, a transceiver channel consisting of a series-connected receiving and transmitting antenna, a circulator, an additive mixer, a beat signal amplifier, an amplitude modulator, to the second input of which the time window function generator is connected , an amplifier with a quadratic amplitude-frequency characteristic, characterized in that it additionally introduced two devices of parallel spectral a naliza, multichannel device for measuring phase difference, half adder, directional microwave signal coupler, whose input is connected to a probe signal generator, and the first output is connected to the second input of the circulator; and an additional receiving channel consisting of a serially connected receiving antenna, an adder, the second input of which is connected to the second output of the directional microwave signal coupler, the second additive mixer, the second beat signal amplifier, the second amplitude modulator, to the second input of which the second output of the time window function generator is connected , the second amplifier with quadratic amplitude-frequency characteristic; the outputs of both amplifiers with quadratic amplitude-frequency characteristic of the receiving and receiving-transmitting channels are connected to the inputs of spectral analysis devices, the first outputs of which are connected to the inputs of a multichannel device for measuring phase difference, and the second outputs of spectral analysis devices are connected to the inputs of a half adder, the output of a half adder is first radar output, which gives the value of the estimated average range R n , the outputs of the multichannel phase difference measuring device are the second output radar ode to provide an estimate of the phase difference
Figure 00000020
and finding the heights h n of the objects being mated for the n-th number of the spectral channel using the formula:
Figure 00000021
Figure 00000021
 где
Figure 00000022
- волновой коэффициент, Н - высота фазового центра антенной системы, d - база антенной системы, hn - высота объекта, Rn - средняя дальность до объекта, полученная с выхода полусумматора, выдающего оценку средней дальности
Figure 00000023
Where
Figure 00000022
- wave coefficient, H - height of the phase center of the antenna system, d - base of the antenna system, h n - height of the object, R n - average distance to the object, obtained from the output of a half-adder, issuing an estimate of the average range
Figure 00000023
RU2018128453A 2018-08-03 2018-08-03 Interferometric homodyne radar RU2689397C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128453A RU2689397C1 (en) 2018-08-03 2018-08-03 Interferometric homodyne radar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128453A RU2689397C1 (en) 2018-08-03 2018-08-03 Interferometric homodyne radar

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2689397C1 true RU2689397C1 (en) 2019-05-28

Family

ID=67037134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018128453A RU2689397C1 (en) 2018-08-03 2018-08-03 Interferometric homodyne radar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2689397C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787976C1 (en) * 2021-10-19 2023-01-13 Кошуринова Ольга Викторовна Transceiver apparatus of a homodyne radar
WO2023068970A1 (en) * 2021-10-19 2023-04-27 Ольга Викторовна КОШУРИНОВА Transceiving device for a homodyne radar

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001027861A2 (en) * 1999-10-12 2001-04-19 Mcewan Technologies, Llc Homodyne swept-range radar
RU2189055C2 (en) * 2000-01-20 2002-09-10 Кошуринов Евгений Иванович Transceiver of homodyne radar
WO2002097468A2 (en) * 2001-05-29 2002-12-05 Lockheed Martin Corporation Transmit phase removal in fm homodyne radars
US20130106648A1 (en) * 2011-11-01 2013-05-02 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Short-range homodyne radar system
RU2626405C2 (en) * 2015-12-28 2017-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Homodyne radar
JP2017198474A (en) * 2016-04-25 2017-11-02 株式会社ヨコオ Pulse radar device and component of the same
RU2659331C2 (en) * 2014-02-05 2018-07-03 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Homodyne receiver and method for overcoming direct current bias noise in homodyne receiver

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001027861A2 (en) * 1999-10-12 2001-04-19 Mcewan Technologies, Llc Homodyne swept-range radar
RU2189055C2 (en) * 2000-01-20 2002-09-10 Кошуринов Евгений Иванович Transceiver of homodyne radar
WO2002097468A2 (en) * 2001-05-29 2002-12-05 Lockheed Martin Corporation Transmit phase removal in fm homodyne radars
US20130106648A1 (en) * 2011-11-01 2013-05-02 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Short-range homodyne radar system
RU2659331C2 (en) * 2014-02-05 2018-07-03 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Homodyne receiver and method for overcoming direct current bias noise in homodyne receiver
RU2626405C2 (en) * 2015-12-28 2017-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Homodyne radar
JP2017198474A (en) * 2016-04-25 2017-11-02 株式会社ヨコオ Pulse radar device and component of the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787976C1 (en) * 2021-10-19 2023-01-13 Кошуринова Ольга Викторовна Transceiver apparatus of a homodyne radar
WO2023068970A1 (en) * 2021-10-19 2023-04-27 Ольга Викторовна КОШУРИНОВА Transceiving device for a homodyne radar

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106707291B (en) Double-frequency linear frequency modulation coherent wind lidar
WO2017149596A1 (en) Radar device
RU2449307C2 (en) Method of surveillance pulse doppler radar of targets on background of reflections from earth surface
KR101239166B1 (en) Frequency modulated continuous wave proximity sensor
JPH04220582A (en) Poly-static correlation radar
RU2626405C2 (en) Homodyne radar
RU2412450C2 (en) Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end
US20150192665A1 (en) Method and apparatus of generating signals from multi-site radars using the same channel
US20220334217A1 (en) Radar method and radar system
US20180372861A1 (en) Systems for determining target direction and methods therefor
US7209222B2 (en) Laser radar apparatus
RU2689397C1 (en) Interferometric homodyne radar
JPWO2019187056A1 (en) Speed measuring device, speed measuring program, recording medium and speed measuring method
RU2711400C1 (en) Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface
CN110579770A (en) dual beam FMCW distance measurement method to compensate for velocity dependent distance measurement errors
RU2637817C1 (en) Method of determining distance to earth surface
RU2611440C1 (en) Doppler ground velocity system
KR20190135267A (en) Continuous wave radar and ranging method using the continuous wave radar
RU2486540C1 (en) Simulator of false radar target during linear frequency-modulated signal probing
RU2669016C2 (en) Doppler ground velocity meter
RU2699766C1 (en) Radar station for monitoring of ice conditions
RU2700654C1 (en) Homodyne radar with multichannel transceiving path
RU2584976C1 (en) Method of measuring range
RU2510685C2 (en) Synthetic-aperture and quasicontinuous radiation radar station
US3577143A (en) Extended range spectrum analysis radar

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201102

Effective date: 20201102