RU2774156C1 - Radar with continuous emission of broadband linear-frequency-modulated signal with wide-angle electronic scanning of the directivity pattern of the antenna - Google Patents
Radar with continuous emission of broadband linear-frequency-modulated signal with wide-angle electronic scanning of the directivity pattern of the antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774156C1 RU2774156C1 RU2021115320A RU2021115320A RU2774156C1 RU 2774156 C1 RU2774156 C1 RU 2774156C1 RU 2021115320 A RU2021115320 A RU 2021115320A RU 2021115320 A RU2021115320 A RU 2021115320A RU 2774156 C1 RU2774156 C1 RU 2774156C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- channel
- output
- input
- radar
- Prior art date
Links
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 claims abstract description 27
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 15
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- LZCXCXDOGAEFQX-UHFFFAOYSA-N N-Acryloylglycine Chemical compound OC(=O)CNC(=O)C=C LZCXCXDOGAEFQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 102100000658 NAGPA Human genes 0.000 description 5
- 101700072155 NAGPA Proteins 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000011012 sanitization Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 2
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 2
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 108060000203 dacZ Proteins 0.000 description 1
- 229920005994 diacetyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 108060002264 disA Proteins 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при проектировании и создании цифровых радиолокационных станций (РЛС) с широкополосным непрерывным линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом и с широкоугольным электронным сканированием диаграммы направленности антенны.The invention relates to radar engineering and can be used in the design and creation of digital radar stations (RLS) with a broadband continuous linear frequency modulated (chirp) signal and with wide-angle electronic scanning of the antenna pattern.
Известна радиолокационная станция с непрерывным ЛЧМ-сигналом [1], недостаток которой состоит в ограниченной области возможного применения - боковой обзор земной поверхности, для чего РЛС устанавливают на борту летательного аппарата, который должен перемещаться в пространстве с постоянной скоростью и прямолинейно, что необходимо для синтеза узкой диаграммы направленности.Known radar station with a continuous chirp signal [1], the disadvantage of which is a limited area of possible application - a side view of the earth's surface, for which the radar is installed on board the aircraft, which must move in space at a constant speed and in a straight line, which is necessary for the synthesis narrow beam pattern.
Известны радиолокационные станции с непрерывным излучением ЛЧМ-сигнала [2-4], в состав которых обычно входят передатчик 1, циркулятор 2, приемно-передающая антенна 3, малошумящий усилитель (МШУ) 4, смеситель 5, фильтр низких частот (ФНЧ) 6, спектроанализатор 7 (фиг. 1).Known radar stations with continuous emission of a chirp signal [2-4], which usually include a
Приведенная на фиг. 1 схема работает следующим образом. На несущей частоте ƒ0 антенна 3 излучает широкополосный (например, ЛЧМ) непрерывный сигнал. Одновременно с излучением антенна 3 принимает отраженный от цели сигнал. Усиленный МШУ 4 сигнал поступает на смеситель 5, опорным (гетеродинным) сигналом которого служит излучаемый сигнал. На выходе смесителя формируется низкочастотный сигнал «биений», который отфильтровывается ФНЧ 5 и поступает на вход спектроанализатора 6. Спектр мощности сигнала «биений» однозначно отображает ЭПР и дальность до объектов. Такую РЛС с непрерывным зондирующим сигналом, в которой генератор передатчика одновременно служит и местным гетеродином, иногда называют гомодинной [3].Shown in FIG. 1 scheme works as follows. At a carrier frequency ƒ 0 antenna 3 emits a broadband (eg, chirp) continuous signal. Simultaneously with the radiation, the
Достоинство гомодинных аналогов состоит в относительной простоте их технической реализации, поэтому они нашли широкое применение при решении различных задач [5], в то же время основной недостаток таких аналогов состоит в низком энергетическом потенциале, что объясняется нарушением линейности функционирования МШУ 4 при мощности сигнала на его входе больше 30-50 мВт и линейности смесителя при мощности сигнала на его входе более 10 мВт [4, 6].The advantage of homodyne analogs is the relative simplicity of their technical implementation, so they are widely used in solving various problems [5], at the same time, the main disadvantage of such analogs is the low energy potential, which is explained by the violation of the linearity of the operation of the
Для повышения энергетического потенциала гомодинной РЛС авторами работ [4, 6] предложено пространственное распараллеливание каналов передачи и приема. На основании выводов работ [4, 6] авторами предложена радиолокационная станция с широкополосным ЛЧМ-сигналом, основу которой составляют приемно-передающие модули (ППМ) [7]. В состав каждого модуля входят передающий и приемный каналы со своими передающими и приемными антенными элементами, которые образуют две идентичные М-канальные антенные решетки - передающую и приемную, каждая из которых представляет собой линейную антенную решетку.To increase the energy potential of a homodyne radar, the authors of [4, 6] proposed spatial parallelization of the transmission and reception channels. Based on the conclusions of works [4, 6], the authors proposed a radar station with a broadband chirp signal, which is based on receiving-transmitting modules (RTMs) [7]. Each module includes transmitting and receiving channels with their own transmitting and receiving antenna elements, which form two identical M-channel antenna arrays - transmitting and receiving, each of which is a linear antenna array.
В состав приемного канала каждого из ППМ входят последовательно соединенные управляемый фазовращатель, умножитель частоты радиосигнала, два полосовых фильтра, усилитель мощности, смеситель, малошумящий усилитель, управляемый аттенюатор.The receiving channel of each PPM includes a controlled phase shifter, a radio signal frequency multiplier, two bandpass filters, a power amplifier, a mixer, a low-noise amplifier, and a controlled attenuator connected in series.
В состав передающего канала каждого из ППМ входят последовательно соединенные управляемый фазовращатель, умножитель частоты радиосигнала, полосовой фильтр, управляемый аттенюатор.The structure of the transmitting channel of each of the PPM includes a controlled phase shifter, a radio signal frequency multiplier, a band pass filter, and a controlled attenuator connected in series.
Данная РЛС наиболее близка предлагаемому техническому решению и поэтому выбрана в качестве его прототипа.This radar is the closest to the proposed technical solution and therefore was chosen as its prototype.
Выбранный прототип имеет следующие недостатки:The selected prototype has the following disadvantages:
все элементы и узлы прототипа являются аналоговыми, известная нестабильность параметров которых влияет на качество формирования диаграммы направленности антенны и точность управления угловым положением ее главного лепестка;all elements and components of the prototype are analog, the known instability of the parameters of which affects the quality of the formation of the antenna pattern and the accuracy of controlling the angular position of its main lobe;
управление диаграммой направленности антенной системы осуществляется независимыми фазовращателями в передающем и приемном каналах каждого ППМ, что ввиду низкой стабильности параметров аналоговых фазовращателей и дискретности их управления приводит к независимым ошибкам углового положения главных лепестков приемной и передающей диаграмм направленности, что в конечном счете ведет к расфазировке антенной системы;the control of the antenna system radiation pattern is carried out by independent phase shifters in the transmitting and receiving channels of each PPM, which, due to the low stability of the parameters of analog phase shifters and the discreteness of their control, leads to independent errors in the angular position of the main lobes of the receiving and transmitting radiation patterns, which ultimately leads to the dephasing of the antenna system ;
антенная система прототипа формирует узкую диаграмму направленности только в азимутальной плоскости, а в угломестной плоскости диаграмма направленности системы определяется только диаграммой направленности одиночного излучателя (передающего и приемного), которая всегда достаточно широкая, что ведет к существенному снижению характеристик РЛС вследствие влияния отражений от подстилающей поверхности;the antenna system of the prototype generates a narrow radiation pattern only in the azimuth plane, and in the elevation plane the radiation pattern of the system is determined only by the radiation pattern of a single emitter (transmitting and receiving), which is always wide enough, which leads to a significant decrease in the characteristics of the radar due to the influence of reflections from the underlying surface;
в прототипе не предусмотрены меры по коррекции искажений амплитудно-фазового распределения поля на апертуре антенны, возникающих при широкополосном зондировании и широкоугольном электронном обзоре пространства. Дело в том, что при распространении монохроматической электромагнитной волны с частотой f0 набег фазы на расстоянии составляет В случае распространения широкополосного сигнала частота i-й гармоники спектра может отличаться на ±10-20% от несущей частоты, поэтому каждая гармоническая составляющая широкого спектра получает свой набег фазы при распространении волны на одно и то же расстояние, что ведет к разрушению фазовой структуры спектра, а следовательно, к искажению амплитудно-фазового распределения поля на апертуре антенны, искажению формы сигнала и диаграммы направленности антенны;the prototype does not provide for measures to correct distortions of the amplitude-phase distribution of the field at the antenna aperture, arising from broadband sensing and wide-angle electronic space survey. The fact is that during the propagation of a monochromatic electromagnetic wave with a frequency f 0 , the phase incursion at a distance is In the case of propagation of a broadband signal, the frequency of the i-th harmonic of the spectrum may differ by ±10-20% from the carrier frequency, therefore, each harmonic component of the wide spectrum receives its own phase shift when the wave propagates over the same distance, which leads to the destruction of the phase structure of the spectrum , and consequently, to the distortion of the amplitude-phase distribution of the field at the antenna aperture, the distortion of the signal shape and the antenna pattern;
в прототипе применена разводка зондирующего сигнала по входам ППМ на промежуточной частоте с последующим ее умножением до значения несущей частоты. Так, если промежуточная частота 100 МГц, а несущая 10 ГГц, то потребуется коэффициент умножения, равный 100. В то же время существующие умножители обеспечивают коэффициент умножения от 2 до 6 (например [8, 9]. В таком случае частота входного сигнала должна быть всего в 2-6 раз ниже требуемой частоты 10 ГГц, а это уже не промежуточная, а сверхвысокая частота, что делает систему разводки зондирующего сигнала по входам ППМ сложной и громоздкой, приводящей к искажениям спектра сигнала.the prototype used the wiring of the probing signal to the inputs of the RPM at an intermediate frequency, followed by its multiplication to the value of the carrier frequency. So, if the intermediate frequency is 100 MHz, and the carrier is 10 GHz, then a multiplication factor of 100 is required. At the same time, existing multipliers provide a multiplication factor from 2 to 6 (for example [8, 9]. In this case, the input signal frequency should be only 2-6 times lower than the required frequency of 10 GHz, and this is no longer an intermediate, but an ultra-high frequency, which makes the system for distributing the probing signal through the inputs of the PPM complex and cumbersome, leading to signal spectrum distortions.
В соответствии с изложенным, целью изобретения является разработка радиолокационной станции с широкополосным непрерывным зондирующим ЛЧМ-сигналом и с широкоугольным электронным санированием диаграммы направленности антенны, обеспечивающей формирование двумерной диаграммы направленности, повышение точности диаграммообразования на основе перехода к цифровому методу формирования диаграммы направленности и согласованному управлению диаграммой направленности в режимах излучения и приема радиосигналов, электронное управление диаграммой направленности в широком угловом секторе с коррекцией возникающих при этом искажений фазовой структуры спектра сигнала и амплитудно-фазового распределения поля на апертуре антенны.In accordance with the foregoing, the aim of the invention is to develop a radar station with a broadband continuous sounding chirp signal and with wide-angle electronic sanitization of the antenna radiation pattern, providing the formation of a two-dimensional radiation pattern, increasing the accuracy of beam formation based on the transition to a digital beamforming method and consistent beam control in the modes of radiation and reception of radio signals, electronic control of the radiation pattern in a wide angular sector with correction of the resulting distortions in the phase structure of the signal spectrum and the amplitude-phase distribution of the field at the antenna aperture.
Указанная цель достигается тем, что в состав каждого m-го приемно-передающего модуля (ППМ) антенной решетки, содержащего передающий и приемный каналы, при этом в состав передающего канала входит усилитель мощности, а в состав приемного канала входит малошумящий усилитель, согласно предложенному техническому решению дополнительно введены общие для передающего и приемного каналов каждого ППМ циркулятор с линейным волноводно-щелевым излучателем, цифровой квадратурный демодулятор, выход которого связан с m-м входом первого М-канального цифрового комплексного сумматора, а также блок формирования цифровых весовых коэффициентов, вход которого связан с выходом датчика угловых положений главного лепестка диаграммы направленности антенной решетки, а в состав передающего канала дополнительно введены последовательно соединенные первый I-канальный блок цифровых полосовых фильтров, первый I-канальный цифровой комплексный умножитель, первый I-канальный цифровой комплексный сумматор, первый выход которого связан с входом цифро-аналогового преобразователя, а второй - с гетеродинным входом цифрового квадратурного демодулятора, при этом выход цифро-аналогового преобразователя соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с входом циркулятора, а вход первого I-канального блока цифровых полосовых фильтров соединен с выходом цифрового синтезатора ЛЧМ-сигнала, причем управляющие входы первого I-канального комплексного умножителя соединены с соответствующими выходами блока формирования цифровых весовых коэффициентов, при этом в состав приемного канала ППМ дополнительно введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, второй I-канальный блок цифровых полосовых фильтров, второй I-канальный цифровой комплексный умножитель, второй I-канальный цифровой комплексный сумматор, первый выход которого соединен с сигнальным входом цифрового квадратурного демодулятора, а второй - c m-м входом второго М-канального цифрового комплексного сумматора, а вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом малошумящего усилителя, причем управляющие входы второго I-канального цифрового комплексного умножителя соединены с соответствующими выходами блока формирования цифровых весовых коэффициентов.This goal is achieved by the fact that each m-th receiving-transmitting module (RTM) of the antenna array containing transmitting and receiving channels, while the transmitting channel includes a power amplifier, and the receiving channel includes a low-noise amplifier, according to the proposed technical The solution additionally introduces a circulator with a linear slotted waveguide emitter common to the transmitting and receiving channels of each PPM, a digital quadrature demodulator, the output of which is connected to the m-th input of the first M-channel digital complex adder, and a block for generating digital weight coefficients, the input of which is connected with the output of the angular position sensor of the main lobe of the antenna array radiation pattern, and the first I-channel block of digital band-pass filters, the first I-channel digital complex multiplier, the first I-channel digital complex adder, the first output of which are additionally connected in series to the transmitting channel the first is connected to the input of the digital-to-analog converter, and the second - to the heterodyne input of the digital quadrature demodulator, while the output of the digital-to-analog converter is connected to the input of the power amplifier, the output of which is connected to the input of the circulator, and the input of the first I-channel block of digital bandpass filters is connected with the output of a digital synthesizer of a chirp signal, moreover, the control inputs of the first I-channel complex multiplier are connected to the corresponding outputs of the block for generating digital weight coefficients, while the series-connected analog-to-digital converter, the second I-channel block of digital bandpass filters, the second I-channel digital complex multiplier, the second I-channel digital complex adder, the first output of which is connected to the signal input of the digital quadrature demodulator, and the second - to the m-th input of the second M-channel digital complex adder, and the analog-to-digital input The new converter is connected to the output of the low-noise amplifier, and the control inputs of the second I-channel digital complex multiplier are connected to the corresponding outputs of the digital weighting unit.
Дополнительное введение циркуляторов с линейными волноводно-щелевыми излучателями, во-первых, обеспечивает согласованное формирование и управление диаграммой направленности антенны в режимах излучения и приема, т.е. исключает расфазировку антенной системы, а, во-вторых, обеспечивает построение двумерной волноводно-щелевой антенной решетки с формированием диаграммы направленности в азимутальной и угломестной плоскостях.The additional introduction of circulators with linear slotted waveguide radiators, firstly, ensures the coordinated formation and control of the antenna pattern in the modes of transmission and reception, i.e. eliminates the misphasing of the antenna system, and, secondly, provides the construction of a two-dimensional waveguide-slot antenna array with the formation of a radiation pattern in the azimuth and elevation planes.
Дополнительное введение цифрового квадратурного демодулятора обеспечивает полностью цифровую техническую реализацию ППМ предлагаемой радиолокационной станции, а введение I-канальных блоков цифровых полосовых фильтров, блоков формирования цифровых весовых коэффициентов, I-канальных цифровых комплексных умножителей и сумматоров обеспечивают цифровое формирование и управление диаграммой направленности волноводно-щелевой антенной решетки для каждого узкополосного участка широкополосного спектра зондирующего сигнала с последующим объединением полученных результатов, что исключает искажения фазовой структуры спектра ЛЧМ-сигнала и амплитудно-фазового распределения поля на апертуре антенны при широкополосном зондировании и широкоугольном электронном обзоре пространства и повышает точность формирования и электронного управления диаграммой направленности.The additional introduction of a digital quadrature demodulator provides a fully digital technical implementation of the PPM of the proposed radar station, and the introduction of I-channel blocks of digital band-pass filters, blocks for generating digital weight coefficients, I-channel digital complex multipliers and adders provide digital formation and control of the radiation pattern of a waveguide-slot antenna gratings for each narrow-band section of the broadband spectrum of the probing signal, followed by combining the results obtained, which eliminates distortions in the phase structure of the chirp signal spectrum and the amplitude-phase distribution of the field at the antenna aperture during broadband sounding and wide-angle electronic survey of space and increases the accuracy of formation and electronic control of the radiation pattern .
Применение цифровых волоконно-оптических линий (ВОЛС) для связи блоков центрального процессора РЛС со всеми ППМ исключает необходимость разводки зондирующего сигнала по всем ППМ на СВЧ, что упрощает конструкцию системы разводки и снижает энергетические потери и искажения формы зондирующего сигнала.The use of digital fiber-optic lines (FOCL) for communication of the radar central processor units with all PPMs eliminates the need to route the probing signal to all PPMs on the microwave, which simplifies the design of the wiring system and reduces energy losses and distortions of the probing signal shape.
Таким образом, отличия предлагаемого технического решения от его прототипа обеспечивают достижение поставленной перед изобретением цели.Thus, the differences of the proposed technical solution from its prototype ensure the achievement of the goal set for the invention.
Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется рисунками на фиг. 2 и 3. На фиг. 2 приведена структурная схема РЛС непрерывного излучения зондирующего ЛЧМ-сигнала с волноводно-щелевой антенной решеткой, на фиг. 3 - структурная схема приемно-передающего модуля волноводно-щелевой антенной решетки.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the figures in Fig. 2 and 3. In FIG. 2 shows a block diagram of a radar station of continuous emission of a probing chirp signal with a waveguide-slotted antenna array, in FIG. 3 is a block diagram of a receiving-transmitting module of a waveguide-slotted antenna array.
В состав структурной семы РЛС (фиг. 2) входят центральный процессор 8 РЛС и волноводно-щелевая антенная решетка 9. В свою очередь, в состав центрального процессора 8 входят: контроллер 10, цифровой синтезатор 11 широкополосного непрерывного зондирующего ЛЧМ-сигнала, датчик 12 угловых положений главного лепестка диаграммы направленности антенны, первый М-канальный цифровой комплексный сумматор 13, устройство 14 обработки суммарного сигнала «биений», второй М-канальный цифровой комплексный сумматор 15, устройство 16 первичной обработки радиолокационной информации, устройство 17 вторичной обработки радиолокационной информации, устройство 18 отображения результатов радиолокационного обзора пространства, выход 25 которого является информационным выходом РЛС.The composition of the structural seme of the radar (Fig. 2) includes the
В состав волноводно-щелевой антенной решетки 9 входят Μ приемно-передающих модулей (ППМ) 19 с линейными волноводно-щелевыми излучателями 20. В состав каждого ППМ 19 (фиг. 3) входят два канала - передающий и приемный, а также общие для обоих каналов циркулятор 32 с волноводно-щелевым излучателем 27, блок формирования цифровых весовых коэффициентов 28 и цифровой квадратурный демодулятор 38.The composition of the waveguide-
В состав передающего канала каждого цифрового ППМ входят первый I-канальный блок 26 цифровых полосовых фильтров, первый I-канальный цифровой комплексный умножитель 7, первый I-канальный цифровой комплексный сумматор 29, первый выход которого соединен с гетеродинным входом цифрового квадратурного демодулятора 38, а второй выход соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 30, выход которого соединен с входом усилителя мощности 31, а вход первого I-канального блока цифровых полосовых фильтров 26 посредством волоконно-оптической линии связи 21 подключен к выходу цифрового синтезатора 11 ЛЧМ-сигнала.The transmitting channel of each digital PPM includes the first I-channel digital
В состав приемного канала каждого цифрового ППМ входят последовательно соединенные малошумящий усилитель 33, вход которого соединен с выходом циркулятора 32, аналого-цифровой преобразователь 34, второй I-канальный блок цифровых полосовых фильтров 35, второй I-канальный цифровой комплексный умножитель 36, второй I-канальный цифровой комплексный сумматор 37, первый выход которого посредством волоконно-оптической линии связи 24 соединен с m-м входом второго М-канального цифрового комплексного сумматора 15, а второй подключен к сигнальному входу цифрового квадратурного демодулятора 38, выход которого посредством волоконно-оптической линии связи 22 соединен с т-м входом первого М-канального цифрового комплексного сумматора 13, при этом управляющие входы второго I-канального цифрового умножителя 36 подключены к соответствующим выходам блока формирования цифровых весовых коэффициентов 28.The receiving channel of each digital PPM includes a series-connected low-
Только входящие в состав каждого ППМ 19 малошумящий усилитель 33 и усилитель мощности 31 являются аналоговыми, все остальные узлы и элементы предлагаемой РЛС - цифровые.Only the low-
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.
Контроллер 10 управляет диаграммой направленности антенны через датчик угловых положений 12 на всех этапах функционирования РЛС - при поиске целей, обнаружении сигнала, обнаружении и сопровождении траекторий и т.д. По команде контроллера 10 синтезатор 11 формирует цифровой зондирующий сигнал на несущей частоте ƒ0 с длительностью периода частотной модуляции Тм и с девиацией частоты Δƒc.The
Этот сигнал распределяется по входам 21 всех Μ ППМ 19 и поступает на вход первого I-канального блока 26 цифровых полосовых фильтров, который разделяет широкий спектр зондирующего сигнала на I узкополосных участков спектра: где спектр удовлетворяет условию узкополосности [11]This signal is distributed to the
где Lα - линейный размер апертуры антенны в плоскости электронного сканирования диаграммы направленности.where L α is the linear size of the antenna aperture in the plane of the electronic scanning of the radiation pattern.
Комплексные огибающие сформированных таким образом узкополосных сигналов в каждом m-м ППМ могут быть представлены в видеThe complex envelopes of the narrow-band signals formed in this way in each m-th RTM can be represented as
где ϕi - набег фазы на m-м излучателе при излучении сигнала в направлении (θϕ):where ϕ i is the phase shift on the m-th emitter when the signal is emitted in the direction (θ ϕ ):
где θϕ - значение возможного направления излучения в пределах сектора электронного сканирования диаграммы направленности.where θ ϕ is the value of the possible direction of radiation within the sector of electronic scanning of the radiation pattern.
Для компенсации набега фазы ϕi (θϕ) комплексная огибающая I-го узкополосного сигнала (2) умножается на комплексно сопряженный с ней весовой коэффициентTo compensate for the phase incursion ϕ i (θ ϕ ), the complex envelope of the I-th narrowband signal (2) is multiplied by its complex conjugate weighting factor
где θизл - значение заданного направления излучения.where θ izl is the value of the given radiation direction.
Для этого все I узкополосных участков широкополосного спектра поступают на первый вход первого I-канального цифрового комплексного умножителя 27, на второй вход которого поступают весовые коэффициенты (4), сформированные в блоке 28 в соответствии с соотношением (4) по информации о заданном направлении излучения зондирующего сигнала θизл, поступающей с выхода датчика угловых положений 12 на вход 23 каждого m-го ППМ 19.To do this, all I narrow-band sections of the broadband spectrum are fed to the first input of the first I-channel
В результате суммирования полученных произведений в первом I-канальном цифровом комплексном сумматоре 29 формируется комплексная огибающая зондирующего сигнала на выходе каждого m-го ППМ 19:As a result of summing the obtained products in the first I-channel
каждая i-я спектральная составляющая которого получила фазовый сдвиг в соответствии с заданным направлением излучения зондирующего сигнала θизл.each i-th spectral component of which received a phase shift in accordance with a given direction of radiation of the probing signal θ izd .
Цифровой сигнал (5) с первого выхода сумматора 29 поступает на цифро-аналоговый преобразователь 30, где преобразуется в аналоговый ЛЧМ-сигнал несущей частоты. Такое решение возможно потому, что современные ЦАП способны обрабатывать сигналы с частотами до 13 ГГц [10]. Одновременно со второго выхода сумматора 29 сигнал (5) поступает на гетеродинный вход цифрового квадратурного демодулятора 38.The digital signal (5) from the first output of the
После усиления по мощности в усилителе 31 зондирующий сигнал через циркулятор 32 поступает на вход линейного волноводно-щелевого излучателя 20 и излучается в пространство. В результате суперпозиции полей всех Μ волноводно-щелевых излучателей 20 формируется нормированная диаграмма направленности волноводно-щелевой антенной решетки в режиме излучения в соответствии с соотношениемAfter power amplification in
При выполнении условия θϕ=θизл нормированная диаграмма направленности в режиме излучения Fnpд (θизл) принимает максимальное значение Fпрд=1. Это означает, что волноводно-щелевая антенная решетка сфазирована в заданном направлении θизл, иными словами ось главного лепестка ее диаграммы направленности составляет угол θизл с нормалью к апертуре антенны.When the condition θ ϕ =θ izl normalized radiation pattern in the radiation mode F npd (θ iz ) takes the maximum value of F prd =1. This means that the waveguide-slotted antenna array is phased in a given direction θ rad , in other words, the axis of the main lobe of its radiation pattern makes an angle θ rad with the normal to the antenna aperture.
Одновременно с излучением антенна РЛС принимает отраженные от целей сигналы. Принятый каждым излучателем 20 каждого ППМ 19 отраженный от цели сигнал через циркулятор 32 поступает на вход МШУ 33 и после усиления и аналого-цифрового преобразования блоком 34 поступает на вход второго I-канального блока цифровых полосовых фильтров 35, который делит широкий спектр на I узкополосных участков спектраSimultaneously with the radiation, the radar antenna receives the signals reflected from the targets. Received by each
где спектр удовлетворяет критерию узкополосности (1) [11].where spectrum satisfies the narrowband criterion (1) [11].
В качестве делителей широкополосного спектра на узкополосные участки в блоках 26 и 35 применены цифровые полосовые КИХ-фильтры, обеспечивающие высокую точность формирования пеленгационной характеристики АФАР и возможность их реализации в виде специализированных программируемых логических интегральных схем [12-14]. Проведенный в работе [14] анализ показал, что современная элементная база позволяет производить цифровую обработку сигналов в реальном масштабе времени на частотах до 1,5 ГГц, а в ближайшие годы до 20 ГГц.As dividers of the broadband spectrum into narrowband sections in
При падении волны на апертуру АФАР с направления θизл относительно нормали к апертуре АФАР каждый i-й узкополосный сигнал на входе каждого m-го ППМ 19 получает фазовый сдвигWhen a wave falls on the APAA aperture from the direction θ izl relative to the normal to the APAA aperture, each i-th narrow-band signal at the input of each m-
где θϕ - возможное направление падения волны на апертуру АФАР в пределах сектора электронного сканирования ДН АФАР.where θ ϕ is the possible direction of the wave incidence on the APAA aperture within the electronic scanning sector of the APAA DN.
Поэтому комплексную огибающую каждого i-го узкополосного сигнала можно представить в видеTherefore, the complex envelope of each i-th narrowband signal can be represented as
Для компенсации фазового сдвига ϕim необходимо комплексную огибающую (6) умножить на комплексно сопряженный с ней коэффициентTo compensate for the phase shift ϕ im , it is necessary to multiply the complex envelope (6) by its complex conjugate coefficient
где ωi=2πƒi - центральная частота i-ro узкополосного спектра. Для этого все i-e узкополосные сигналы поступают на первые входы первого И-канального цифрового комплексного умножителя 27, на вторые входы которого поступают цифровые коэффициенты (8), сформированные блоком 28 по информации, поступающей с выхода 23 датчика угловых положений 12 на соответствующие входы каждого m-го ППМ 19. В результате перемножения формируются сигналы, комплексные огибающие которых можно записать в видеwhere ω i =2πƒ i is the center frequency i-ro of the narrowband spectrum. To do this, all ie narrowband signals are fed to the first inputs of the first AND-channel digital
Все эти I сигналов поступают на входы второго I-канального цифрового комплексного сумматора 37, в результате на его выходе формируется сигнал, комплексная огибающая которого имеет видAll these I signals are fed to the inputs of the second I-channel digital
Это напряжение представляет собой выходной сигнал каждого m-го ППМ 19, которое с выхода 24 каждого ППМ поступает на m-й вход второго М-канального цифрового комплексного сумматора 15. Полученный в результате суммирования сигнал поступает на вход устройства 16 первичной обработки радиолокационной информации, где используется для обнаружения сигнала от цели и измерения ее угловых координат.This voltage is the output signal of each m-
Результаты измерений угловых координат поступают на вход устройства 17 вторичной обработки информации, где используются для обнаружения и сопровождения траекторий обнаруженных целей. Результаты вторично обработки информации поступают на первый вход устройства 18 отображения результатов радиолокационного обзор а пространства.The results of measurements of the angular coordinates are fed to the input of the
Одновременно сигнал со второго выхода сумматора 37 поступает на сигнальный вход цифрового квадратурного демодулятора 38, который выполняет функции цифрового смесителя, т.е. формирует сигнал разностной частоты (сигнал «биений»), который с выхода 22 поступает на m-й вход первого М-канального цифрового комплексного сумматора 13, где аналогичные сигналы с выходов всех Μ ППМ 19 когерентно суммируются и на основе их спектрального анализа формируется информация о дальности цели и ее ЭПР. Эта информация поступает на второй вход устройства 18 отображения результатов радиолокационного обзора пространства, выход которого является информационным выходом предлагаемой РЛС.At the same time, the signal from the second output of the
Отличия предлагаемого технического решения от его прототипа обеспечивают достижение поставленной перед изобретением цели, заключающейся в разработке радиолокационной станции с широкополосным непрерывным зондирующим ЛЧМ-сигналом и с широкоугольным электронным санированием диаграммы направленности антенны, обеспечивающей формирование двумерной диаграммы направленности, повышение точности диаграммообразования на основе перехода к цифровому методу формирования диаграммы направленности и согласованному управлению диаграммой направленности в режимах излучения и приема радиосигналов, электронное управление диаграммой направленности в широком угловом секторе с коррекцией возникающих при этом искажений фазовой структуры спектра сигнала и амплитудно-фазового распределения поля на апертуре антенны.The differences between the proposed technical solution and its prototype ensure the achievement of the goal set for the invention, which is to develop a radar station with a broadband continuous probing chirp signal and with wide-angle electronic sanitization of the antenna radiation pattern, providing the formation of a two-dimensional radiation pattern, increasing the accuracy of beam formation based on the transition to a digital method beam formation and coordinated beam control in the modes of radiation and reception of radio signals, electronic beam control in a wide angular sector with correction of the resulting distortions in the phase structure of the signal spectrum and the amplitude-phase distribution of the field on the antenna aperture.
Проведенный авторами анализ источников научно-технической и патентной информации позволяет сделать вывод о новизне предлагаемых технических решений.The analysis of sources of scientific, technical and patent information carried out by the authors allows us to conclude that the proposed technical solutions are novel.
Источники информацииSources of information
1. Патент РФ №2660450. МПК G01S 13/90. Устройство радиолокационной станции с непрерывным линейно-частотно-модулированным сигналом и синтезом апертуры.1. RF patent No. 2660450.
2. Теоретические основы радиолокации. Под ред. Ширмана Я.Д. - М.; Сов. Радио. - 1970. - 360 с.2. Theoretical foundations of radar. Ed. Shirman Ya.D. - M.; Owls. Radio. - 1970. - 360 p.
3. Справочник по радиолокации. Под. Ред. М. Сколника.- Пер. с англ. (в 4-х томах), т. 3, с. 257 // Сов. Радио. - 1970. - 528 с.3. Handbook of radar. Under. Ed. M. Skolnik.- Per. from English. (in 4 volumes), v. 3, p. 257 // Sov. Radio. - 1970. - 528 p.
4. Доценко В.В., Осипов М.В., Хлусев В.А. Повышение энергетического потенциала РЛС с непрерывным ЛЧМ сигналом // Доклады ТУСУР. - 2011. - №1 (23). - с. 29-33.4. Dotsenko V.V., Osipov M.V., Khlusev V.A. Increasing the energy potential of a radar with a continuous chirp signal // Doklady TUSUR. - 2011. - No. 1 (23). - With. 29-33.
5. Голик А.М. и др. Измерительные системы на основе частотных радиодальномеров ближнего действия // Вестник метролога.- 2021. - №1. - с. 11-17.5. Golik A.M. and others. Measuring systems based on short-range frequency radio rangefinders // Vestnik metrologa. - 2021. - No. 1. - With. 11-17.
6. Патент РФ на полезную модель №94723. МПК G01S 13/00. Радиолокационная обзорная станция.6. RF patent for utility model No. 94723.
7. Патент РФ №2460087. МПК G01S 13/00. Радиолокационная станция с широкополосным непрерывным линейно-частотно-модулированным излучением.7. RF patent No. 2460087.
8. Карпов Ю. Смесители, преобразователи, умножители и делители частоты СВЧ-диапазона отечественного производства // Компоненты и технологии. - 2008. - №9. - с. 22-27.8. Karpov Yu. Mixers, converters, multipliers and frequency dividers of the microwave range of domestic production // Components and technologies. - 2008. - No. 9. - With. 22-27.
9. Белов Л.А. Преобразователи частоты. Современные ВЧ-компоненты // Электроника: НТБ. - 2004. - №2.- с. 44-49.9. Belov L.A. Frequency converters. Modern RF components // Electronics: NTB. - 2004. - No. 2. - p. 44-49.
10. Добычина Е.М., Малахов Р.Ю. Цифровой приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки // Научный вестник МГТУ ГА. - 2014. - №209. - с. 117-123.10. Dobychina E.M., Malakhov R.Yu. Digital transceiver module of an active phased antenna array // Scientific Bulletin of MSTU GA. - 2014. - No. 209. - With. 117-123.
11. Кольцов Ю.В. Особенности применения различных определений широкополосных сигналов в антенной технике, связи и локации // Антенны.-2008. - вып.6(133). - с. 31-42.11. Koltsov Yu.V. Features of the application of various definitions of broadband signals in antenna technology, communications and location // Antenna.-2008. - issue 6(133). - With. 31-42.
12. Frenzel L. High-Speed Data Converters Make Direct-Sampling Receivers Practical. / Electronic Design. Feb 12, 2019. - URL: https://www.electronicdesign. com/analog/high-speed-data-converters-make-direct-sampling-receivers-practical.12. Frenzel L. High-Speed Data Converters Make Direct-Sampling Receivers Practical. / Electronic Design.
13. Multicore Fixed and Floating-Point Digital Signal Processor. Check for Evaluation Modules (EVM): TMS320C6678. Texas Instruments. TMS320C6672. SPRS708E-November 2010-Revised March 2014.13. Multicore Fixed and Floating-Point Digital Signal Processor. Check for Evaluation Modules (EVM): TMS320C6678. Texas Instruments. TMS320C6672. SPRS708E-November 2010-Revised March 2014.
14. Speed per Milliwatt Rations for Fixed-Points Parcaged Processors / Berkeley Design Technolog. Inc. Nov. 2013.14. Speed per Milliwatt Rations for Fixed-Points Parcaged Processors / Berkeley Design Technolog. Inc. Nov. 2013.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774156C1 true RU2774156C1 (en) | 2022-06-15 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116938298A (en) * | 2023-07-21 | 2023-10-24 | 广东格林精密部件股份有限公司 | Active phased array and baseband complex digital signal processing algorithm thereof |
RU221623U1 (en) * | 2023-09-06 | 2023-11-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Радиозавод им. А.С. Попова" | TRANSCEIVER RADIO FREQUENCY UNIT |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4724441A (en) * | 1986-05-23 | 1988-02-09 | Ball Corporation | Transmit/receive module for phased array antenna system |
CA2121153A1 (en) * | 1993-04-19 | 1994-10-20 | John C. Conrad | Active antenna array |
RU94723U1 (en) * | 2010-02-01 | 2010-05-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | RADAR SURVEILLANCE STATION |
RU2460087C2 (en) * | 2010-10-28 | 2012-08-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Radar station with wideband continuous linearly frequency-modulated radiation |
CN102866387A (en) * | 2012-10-16 | 2013-01-09 | 清华大学 | Millimeter wave frequency modulated continuous wave (FMCW) two-unit phased array distance and velocity measurement monolithic radar transceiver |
RU2516683C9 (en) * | 2012-10-17 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Active phased antenna array digital beamforming method when emitting and receiving chirp signal |
RU2660450C1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Device of radar location station with continuous linear-frequency-modulated signal and synthesis of aperture |
RU2729704C1 (en) * | 2019-09-05 | 2020-08-11 | Открытое акционерное общество "Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" | Mobile radar station |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4724441A (en) * | 1986-05-23 | 1988-02-09 | Ball Corporation | Transmit/receive module for phased array antenna system |
CA2121153A1 (en) * | 1993-04-19 | 1994-10-20 | John C. Conrad | Active antenna array |
RU94723U1 (en) * | 2010-02-01 | 2010-05-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | RADAR SURVEILLANCE STATION |
RU2460087C2 (en) * | 2010-10-28 | 2012-08-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Radar station with wideband continuous linearly frequency-modulated radiation |
CN102866387A (en) * | 2012-10-16 | 2013-01-09 | 清华大学 | Millimeter wave frequency modulated continuous wave (FMCW) two-unit phased array distance and velocity measurement monolithic radar transceiver |
RU2516683C9 (en) * | 2012-10-17 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" | Active phased antenna array digital beamforming method when emitting and receiving chirp signal |
RU2660450C1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Device of radar location station with continuous linear-frequency-modulated signal and synthesis of aperture |
RU2729704C1 (en) * | 2019-09-05 | 2020-08-11 | Открытое акционерное общество "Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" | Mobile radar station |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДОЦЕНКО В.В., ОСИПОВ М.В., ХЛУСОВ В.А. Повышение энергетического потенциала РЛС с непрерывным ЛЧМ-сигналом // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, июнь 2011, N 1(23), сс.29-33. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815335C1 (en) * | 2022-11-10 | 2024-03-13 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский военный ордена Жукова институт войск национальной гвардии Российской Федерации" | Homodyne radar with antenna directive pattern scanning |
CN116938298A (en) * | 2023-07-21 | 2023-10-24 | 广东格林精密部件股份有限公司 | Active phased array and baseband complex digital signal processing algorithm thereof |
RU221623U1 (en) * | 2023-09-06 | 2023-11-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Радиозавод им. А.С. Попова" | TRANSCEIVER RADIO FREQUENCY UNIT |
RU221623U9 (en) * | 2023-09-06 | 2024-01-19 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Радиозавод им. А.С. Попова" | TRANSMITTING RADIO FREQUENCY UNIT |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7436348B2 (en) | Interferometer-type radar | |
US10809366B2 (en) | Multimodal radar system | |
US11313960B2 (en) | Apparatus, method, and computer-readable medium to generate an object image using correlation matrices | |
CN102955155B (en) | Distributed active phased array radar and beam forming method thereof | |
US7812759B2 (en) | Radar apparatus for detection position information of a target by receiving reflection signals reflected by the target with a plurality of reception antennas | |
US7161530B2 (en) | System and method for radar calibration using antenna leakage | |
US20190195984A1 (en) | Radar device | |
US20050212691A1 (en) | Near-field antenna array with signal processing | |
RU146508U1 (en) | SHORT-PULSE RADAR WITH ELECTRONIC SCANNING IN TWO PLANES AND WITH HIGH-PRECISE MEASUREMENT OF COORDINATES AND SPEED OF OBJECTS | |
RU2349926C1 (en) | Digital active jammer | |
US10948580B2 (en) | Object sensing device and object sensing method | |
KR101954183B1 (en) | Far-field signal measurement system of active phased array antenna and operation method for thereof | |
US20170016985A1 (en) | Positioning system | |
RU2711400C1 (en) | Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface | |
RU2732803C1 (en) | Method for digital formation of beam pattern of active phased antenna array during radiation and reception of linear-frequency-modulated signals | |
RU2774156C1 (en) | Radar with continuous emission of broadband linear-frequency-modulated signal with wide-angle electronic scanning of the directivity pattern of the antenna | |
RU2002119904A (en) | Method and system for radar measurement of speeds and coordinates of objects (options) | |
CN117129973A (en) | Transmit-receive coaxial phased array laser radar chip and control method thereof | |
RU2669016C2 (en) | Doppler ground velocity meter | |
CN112731308B (en) | Self-adaptive low-frequency active cancellation radar stealth implementation method | |
RU2389038C2 (en) | Monopulse radar with automatic calibration | |
RU2730120C1 (en) | Method of constructing an active phased antenna array | |
RU2324198C1 (en) | Apparatus for object movement characteristics detection equipped with noise active interference protection | |
RU2787576C1 (en) | Radiolocation target simulator | |
RU2722408C1 (en) | Digital receiving module of active phased antenna array |