1. Полуактивная радиолокационная станция (РЛС) с использованием для подсвета зоны радиолокационного наблюдения излучений базовых станций сотовой связи (БССС), содержащая последовательно соединенные направленную антенну РЛС с устройством управления и приемник основного канала, последовательно соединенные антенну с приемником первого опорного канала, причем вторые входы приемников объединены и подключены к выходу местного гетеродина, а антенна первого опорного канала размещена неподвижно и направлена на БССС, отличающаяся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные антенна с приемником второго опорного канала, автокомпенсатор, основной вход которого подключен к выходу приемника основного канала, а первый и второй компенсационные входы автокомпенсатора соответственно соединены с выходами приемников опорных каналов, а выход автокомпенсатора подключен к первому входу перемножителя первого, выход которого соединен со входом режекторного фильтра, выход которого подключен к М объединенным по входу дальностным каналам, каждый из которых содержит последовательно соединенные канальный перемножитель и набор N объединенных по входу узкополосных фильтров, выходы которых образуют N выходов соответствующего дальностного канала и подключены к соответствующим N входам оконечного устройства РЛС, при этом первый вход канального перемножителя является входом дальностного канала, а второй вход каждого канального перемножителя соединен с соответствующим выходом формирователя опорных сигналов, вход которого объединен со вторым входом первого перемножителя и подключен к выходу приемника одного из опорных каналов, а второй вход приемника второго опорного канала объединен со вторыми входами приемников основного и первого опорного канала, а антенна второго опорного канала размещена аналогично антенне первого опорного канала и симметричной ей относительно фазового центра антенны РЛС.

2. Полуактивная РЛС по п.1, отличающаяся тем, что формирователь опорных сигналов содержит М-отводную линию задержки, вход которой является входом формирователя, а М ее отводов подключены к первым входам перемножителей, выходы которых являются выходами формирователя, а вторые входы перемножителей объединены и подключены к выходу смесителя, первый вход которого объединен со входом линии задержки, а второй вход соединен с выходом опорного гетеродина формирователя.

 

(57) Реферат / Формула:
Полуактивная радиолокационная станция (РЛС) с использованием для подсвета зоны радиолокационного наблюдения излучений базовых станций сотовой связи (БССС), содержащая последовательно соединенные направленную антенну РЛС с устройством управления и приемник основного канала, последовательно соединенные антенну с приемником первого опорного канала, причем вторые входы приемников объединены и подключены к выходу местного гетеродина, а антенна первого опорного канала размещена неподвижно и направлена на БССС, отличающаяся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные антенна с приемником второго опорного канала, автокомпенсатор, основной вход которого подключен к выходу приемника основного канала, а первый и второй компенсационные входы автокомпенсатора соответственно соединены с выходами приемников опорных каналов, а выход автокомпенсатора подключен к первому входу перемножителя первого, выход которого соединен со входом режекторного фильтра, выход которого подключен к М объединенным по входу дальностным каналам, каждый из которых содержит последовательно соединенные канальный перемножитель и набор N объединенных по входу узкополосных фильтров, выходы которых образуют N выходов соответствующего дальностного канала и подключены к соответствующим N входам оконечного устройства РЛС, при этом первый вход канального перемножителя является входом дальностного канала, а второй вход каждого канального перемножителя соединен с соответствующим выходом формирователя опорных сигналов, вход которого объединен со вторым входом первого перемножителя и подключен к выходу приемника одного из опорных каналов, а второй вход приемника второго опорного канала объединен со вторыми входами приемников основного и первого опорного канала, а антенна второго опорного канала размещена аналогично антенне первого опорного канала и симметричной ей относительно фазового центра антенны РЛС.

2. Полуактивная РЛС по п.1, отличающаяся тем, что формирователь опорных сигналов содержит М-отводную линию задержки, вход которой является входом формирователя, а М ее отводов подключены к первым входам перемножителей, выходы которых являются выходами формирователя, а вторые входы перемножителей объединены и подключены к выходу смесителя, первый вход которого объединен со входом линии задержки, а второй вход соединен с выходом опорного гетеродина формирователя.

 

---

008335
Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для радиолокационного наблюдения подвижных объектов, в первую очередь воздушных маловысотных.
Известны полуактивные радиолокационные станции (РЛС) с использованием для подсвета зоны радиолокационного наблюдения излучений центров телевизионной (ТВ) трансляции - ТВ-подсвета [1, 2]. Однако построение системы радиолокационного наблюдения на основе только таких РЛС характеризуется рядом недостатков:
- эффективная ширина спектра сигнала подсвета - сигнала ТВ-трансляции - зависит от транслируемого текущего изображения и изменяется во времени от десятков килогерц до 100-200 кГц, что определяет нестабильность разрешающей способности по дальности Ar таких РЛС от 4-6 до 1,5 км и соответственно нестабильность точности измерения дальности цели;
- ограниченная живучесть таких радиолокационных систем, обусловленная уязвимостью центров ТВ-трансляции при их ограниченном количестве;
- работа в диапазоне достаточно длинных волн (например, средняя длина волны ^0=50 см соответствует частоте трансляции НТВ - 600 МГц в районе г. Минска), что определяет потребность в достаточно габаритных и массивных антеннах для точного определения направления на цель.
В известной мере эти недостатки будут ослаблены или преодолены при построении радиолокационной системы с использованием подсвета излучением базовых станций сотовой связи (БССС) [3], в частности стандарта GSM на частотах в диапазоне 900 и 1800 МГц [4].
Известна РЛС [5], предназначенная для радиолокационного наблюдения подвижных объектов с использованием подсвета от БССС, которая является наиболее близкой заявляемому объекту. Эта РЛС содержит (фиг. 1) направленную антенну 1 РЛС и антенну 2 опорного канала, направленную на БССС, выходы которых соответственно подключены ко входам приемника 3 основного канала, содержащего последовательно соединенные усилитель 4 и смеситель 5, и приемника 6 опорного канала, содержащего усилитель 7 и смеситель 8, причем вторые входы смесителей 5 и 8 подключены к выходу местного гетеродина, а выходы смесителей 5 и 8 являются выходами приемников 3 и 6, которые соответственно подключены к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) основного канала 9 и АЦП опорного канала 10. Выходы АЦП 9 и 10 соответственно подключены к устройствам (блокам) быстрого преобразования Фурье (БПФ) основного 11 и опорного каналов 12, выходы которых подключены к соответствующим входам комплексного перемножителя 13, выход которого через устройство 14 обратного БПФ подключен ко входу блока 15 памяти, при этом блоки 11, 12, 13, 14 образуют коррелятор 16, а в ячейках памяти блока 15 записаны значения результатов вычислений в корреляторе предыдущих измерений для различных ячеек дальности.
РЛС работает следующим образом.
На выходе антенны 2 опорного канала действует сигнал излучения БССС, принимаемый этой антенной, который усиливается в усилителе 7 и преобразуется в смесителе 8 на промежуточную частоту
fnp ~ fa ~ /мг'
где f0 - рабочая частота излучения БССС; fn- - рабочая частота местного гетеродина. На выходе антенны 1 основного канала действует сигнал, излученный БССС и отраженный от цели (при ее наличии), смещенный относительно опорного по доплеровской частоте на Рдц и по времени на
/ц = гщ.+гц- <* С
где гцо - расстояние от БССС до цели;
гц - расстояние от цели до РЛС;
d - база - расстояние от БССС до РЛС. Этот сигнал также усиливается в усилителе 4 и преобразуется в смесителе 5 на частоту fo+F/1-fii^fiijj+Fj,11. Выходные сигналы приемников 3 и 6 преобразуются в цифровую форму в АЦП 9 и 10 соответственно и поступают на входы коррелятора 16, где в блоках БПФ 11 и 12 производится их преобразование в спектральную область s(co) путем вычисления БПФ, в блоке 13 вычисленные спектры s(co) перемножаются, и в блоке 14 выполняется обратное спектральное преобразование, т.е. производится в цифровой форме вычисление значения их двумерной взаимно-корреляционной функции [6]:
-to
где Т - временной интервал анализа;
so(co), Su((fl) - спектры опорного и отраженного от цели сигнала; ио(г) - временной закон модуляции сигнала, излучаемого БССС.
- 1 -
008335
Полученные значения сравниваются с хранимыми в памяти 15 соответствующими значениями предыдущих измерений, по результатам которых принимаются решения о наличии сигнала цели в соответствующем элементе разрешения.
При этом РЛС-прототип не лишена серьезного недостатка: как известно [7], наблюдение цели происходит на фоне мешающего сигнала - прямого сигнала от БССС, проникающего в основной канал РЛС по боковым лепесткам диаграммы направленности (ДН) антенны 1 основного канала, как показано на фиг. 2. При этом мощность проникающего сигнала составляет
Рп (470V '
где Р0 - мощность излучения БССС;
G0 - коэффициент усиления антенны БССС;
П°бок - относительный уровень бокового излучения БССС в направлении на РЛС; Gc - коэффициент усиления антенны РЛС;
П°бок - относительный уровень боковых лепестков ДН антенны РЛС в направлении на БССС, тогда как средняя мощность отраженного от цели радиолокационного сигнала на выходе антенны 1 РЛС составляет
(4я)3?ги2
где оц - эффективная отражающая поверхность цели. Соотношение этих сигналов по мощности
..-1 _Ж _ Ш^ШоМт
достигает 70-90 дБ. Таким образом, проникающий сигнал является основным помеховым сигналом и превышает полезный в десятки и сотни миллионов раз, что препятствует обнаружению целей в большей части зоны подсвета.
Следует отметить, что применяемые в полуактивных РЛС с телевизионным подсветом [1, 2] технические меры по подавлению проникающего сигнала и селекции отраженного радиолокационного сигнала не могут быть вполне использованы в полуактивных РЛС с подсветом от БССС вследствие существенных различий излучений БССС и излучений центров ТВ-трансляции:
- эффективная ширина спектра излучения БССС с модуляцией GMSK составляет Af0s200 кГц, значительно превышает ширину спектра несущей сигнала изображения в телевидении и на величину не менее двух порядков превышает ожидаемое доплеровское смещение частоты:
ГГ=2Г^2500'6008Ю^2КГЦ|
с 3-10"
что исключает применение спектральной селекции, как это реализовано в [1, 2];
- неопределенность поляризации излучения БССС в точке приема исключает возможность поляризационной селекции;
- практически непрерывный характер излучения БССС исключает возможность временной селекции полезных сигналов.
Стоит отметить, что в известных экспериментах по радиолокационному обнаружению с использованием подсвета от БССС [8, 9] использовались или специальная антенна с очень глубокими провалами ДН [9], ориентированными в направлении на БССС (как показано на фиг. 3а), или электродинамическое экранирование зданием [8] (как показано на фиг. 3б). В обоих случаях цель (автомобиль или легкомоторный самолет) двигалась по известной траектории в пределах ДН антенны РЛС и обнаруживалась в первом элементе разрешения по дальности.
Целью заявляемого изобретения являются:
1) повышение дальности обнаружения целей полуактивной РЛС с подсветом от БССС;
2) уменьшение критичности РЛС к размещению относительно БССС и траектории цели, что достигается за счет подавления проникающего сигнала от БССС.
Указанная цель достигается тем, что в полуактивную РЛС, содержащую последовательно соединенные направленную антенну 1 с устройством управления и приемник 3 основного канала, последовательно соединенные антенну 2 первого опорного канала и приемник 6 первого опорного канала, причем вторые входы приемников объединены и подключены к выходу местного гетеродина, при этом антенна 2 неподвижна и направлена на БССС, а антенной 1 осуществляется обзор пространства или следящее сопровождение цели, дополнительно введены (фиг. 4): последовательно соединенные антенна 17 второго опорного канала и приемник 18 второго опорного канала, автокомпенсатор (АК) 19, основной вход кото
- 2 -
008335
рого подключен к выходу приемника 3 основного канала, первый и второй компенсационные входы подключены соответственно к выходам приемников 6 и 18 опорных каналов, а выход автокомпенсатора 19 подключен к первому входу перемножителя 20 первого, выход которого соединен со входом режектор-ного фильтра 21, выход которого подключен к M объединенным по входу идентичным дальностным каналам 22, каждый из которых содержит последовательно соединенные канальный перемножитель 23 и набор N объединенных по входу узкополосных фильтров (УПФ) 24, выходы которых образуют N выходов соответствующего дальностного канала, которые подключены к соответствующим N входам оконечного устройства 25 РЛС. При этом первый вход канального перемножителя 23 является входом дально-стного канала, а второй вход каждого канального перемножителя 23 подключен к соответствующему выходу формирователя 26 опорных сигналов, вход формирователя 26 объединен со вторым входом первого перемножителя 20 и подключен к выходу приемника одного из опорных каналов, а второй вход приемника 18 второго опорного канала объединен со вторыми входами приемников 3 и 6.
Заявляемая РЛС работает следующим образом. Антенны 2 и 17 опорных каналов, направленные на БССС и расположенные неподвижно и симметрично относительно направленной антенны 1 РЛС, принимают излученный БССС сигнал - опорный сигнал полуактивной РЛС - постоянный по амплитуде, начальная фаза которого изменяется по неизвестному заранее закону фазовой модуляции (ФМ) излучения БССС \|/0(t) в виде линейно-ломаной кривой [10], как показано на фиг. 5а. Такой же точно закон ФМ (с точностью до постоянного слагаемого A\|/a - фазового сдвига в антенне 1 РЛС) имеет проникающий сигнал, принимаемый по боковым лепесткам антенны 1 РЛС \|/п(^)=\|/0(^)+А\|/а. Одновременно, если направление антенны 1 РЛС 8а соответствует направлению на цель 8а=8ц, на входе приемника 3 действует радиолокационный сигнал, задержанный относительно опорного на причем закон А\|/ц его фазовой модуляции соответствует, с точностью до постоянного слагаемого A| ц, закону модуляции | 0(t) с задержкой на 1ГЦ:
Ч\(0 = ?о('-ЧЦ) + ЛМ> ц>
как показано на фиг. 5а для целей с различным временем запаздывания t^^ta11, причем мощность проникающего сигнала превышает мощность сигнала радиолокационного на 70 дБ и более.
Принимаемые сигналы усиливаются в идентичных приемниках 3, 6, 18 и преобразуются на промежуточную частоту f^frf^cOjjj/ZTC, причем их фазовые соотношения сохраняются, так как во всех приемниках используется одно и то же колебание местного гетеродина частотой f^. В автокомпенсаторе 19 осуществляется пространственная компенсация - подавление проникающего сигнала в основном канале путем двукратного вычитания из него прямых опорных сигналов, принятых приемниками 6 и 18 опорных каналов. Для этого в автокомпенсаторе эти сигналы, используемые как компенсационные, корректируются автоматически по амплитуде и фазе так, чтобы обеспечить минимальную мощность подавляемого сигнала на выходе автокомпенсатора 19. Эта операция эквивалентна [6] формированию провала в боковых лепестках ДН антенны 1 в направлении на БССС (фиг. 6). Если при отсутствии пространственной
компенсации уровень нормированной ДН @е(Щ антенны 1 в направлении на БССС ^с(^ЕССС) составлял
г) бок то с авто компенсатором 19 в эквивалентной ДН Щ W этот уровень приема составляет (г) бок) •
Достигаемая автокомпенсаторами эффективность подавления (^ш) составляет 35-45 дБ [7], что недостаточно для выделения радиолокационного сигнала на фоне проникающего с учетом превышения последнего на 70 дБ и более.
Выходной сигнал автокомпенсатора 19, содержащий частично подавленный проникающий сигнал с законом модуляции \|/n(t), который в процессе компенсации не изменяется вследствие линейности процесса компенсации, и постоянным фазовым сдвигом АуАК за счет преобразований в автокомпенсаторе, поступает на вход перемножителя 20. Закон фазовой модуляции [10] этого проникающего сигнала уп(г) на входе перемножителя показан на диаграмме фиг. 5а совместно с законом фазовой модуляции отраженных радиолокационных сигналов y^t) и \|/2ц0), отличающихся, с точностью до постоянного слагаемого А\|/ц, временем запаздывания ^ц и ^-2ц соответственно относительно опорного \|/0(t). В результате перемножения этих сигналов в перемножителе 20 с опорным происходит:
во-первых, свертка по спектру проникающего сигнала с демодуляцией по фазе
щМ = ЩЩ-У-М = ШЖ - №о(0 + А^АК1 = "AVKAK = const;
во-вторых, перемодуляция по фазе принятых полезных сигналов:
ФГ(0=v"(0 - vfC)=vO(0 - ч> о(' - €) - Дч/ц1, Ф5 (0=vO(0 - v!(0 = ?o(0 - ~ Ш~ AxKu2 >
как показано на диаграммах фиг. 5б, причем радиолокационные сигналы с различным временем запаздывания tгiц, как видно, будут иметь различные законы фазовой модуляции cp^t) и ф2ц(^), т.е. имеет место трансформация времени запаздывания tn11 в закон фазовой модуляции р^ц;
в-третьих, при перемножении в блоке 20 происходит преобразование частоты перемножаемых сиг
- 3 -
008335
налов на F0I=fnp-(fnp-F0I), так как выходной сигнал автокомпенсатора 19 в общем случае характеризуется сдвигом по частоте на Qo^jdF,1.
Эти выходные сигналы перемножителя 20 поступают на вход режекторного фильтра 21, зона ре-жекции которого соответствует частоте FJ. За счет этого в фильтре 21 осуществляется режекция (подавление) гармоники демодулированного проникающего сигнала S^Xf). Радиолокационные же перемодулированные сигналы с законами фазовой модуляции фДг) и ф2ц0) проходят через режекторный фильтр с незначительным ослаблением, так как ширина Мфц спектра S^Xf) значительно превышает ширину зоны режекции Afp"Afm11, как показано на частотных диаграммах фиг. 7. Потери мощности полезного сигнала ?в
цс= - "U
Af"-
оцениваются как j

кп = \s;{f)df \s;{f)K^(f)df,
-оо / -оо
где Sm'Xf) - нормированный энергетический спектр демодулированного проникающего сигнала;
K рф(Л - квадрат АЧХ режекторного фильтра 21, и достигает 30-40 дБ и более.
Таким образом, совместное применение пространственного автокомпенсатора с двукратным вычитанием и демодуляции проникающего сигнала с режекцией обеспечивает подавление проникающего сигнала на 75-85 дБ и более.
С выхода режекторного фильтра 11 перемодулированные полезные сигналы с законами модуляции ф1ц(1) и ф2ц(г), которые соответствуют их времени запаздывания 1г1ц и 1г2ц, совместно с остатками подавленного проникающего сигнала и внутренними шумами приемников поступают в объединенные по входу одинаковые дальностные каналы 22-1, 22-2, 22-М, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель 23 канальный и набор 24 объединеных по входу узкополосных фильтров точной селекции по доплеровской частоте. Одновременно на вторые входы перемножителей 23 поступают с соответствующих выходов формирователя 26 опорные сигналы с законами модуляции q1(t), q2(t), qM(t), соответствующие законам фазовой модуляции перемодулированных радиолокационных сигналов целей с различными временами запаздывания ti1, tj2, W Эти опорные сигналы формируются в формирователе 26 из поступающего на его вход выходного сигнала одного из опорных каналов с законом фазовой модуляции \|/0(t):
o(')-4> o('-'3i)>
Ф2(Мй) = Фо(0-Ч'о('-''й)"
В результате перемножения такого опорного сигнала в канальном перемножителе 23 соответствующего дальностного канала t^stn11 с перемодулированным сигналом цели происходит демодуляция последнего (свертка со сжатием по спектру) аналогично демодуляции проникающего сигнала в перемножителе 20, и радиолокационный сигнал преобразуется в гармоническое колебание частотой F^F/1-Fon с учетом того, что Fon - несущая частота опорного сигнала с выхода формирователя 26, а длительность этого гармонического колебания определяется временем Тао обработки радиолокационного сигнала.
Это колебание - результат свертки радиолокационного сигнала - поступает на объединенный вход
набора 24 взаимно расстроенных N узкополосных фильтров точной селекции по доплеровской частоте.
Ширина полосы пропускания такого фильтра Af4 определяет время накопления сигнала Тнс=1/Д1ф и раз-
решающую способность по радиальной скорости 2 ф при этом -So Количество этих
> \ /max ^ 'mm
фильтров выбирают из условия анализа сигналов во всем доплеровском диапазоне
целей от ^дц)тш до ^дц)тах, так как их взаимная расстройка не превышает величины Мф. При этом демо-дулированный радиолокационный сигнал в течение времени Тнс будет накапливаться в фильтре, частота настройки которого соответствует доплеровской частоте сигнала и, соответственно, радиальной скорости цели.
Стоит отметить, что в каждом i-м канальном перемножителе 23 одновременно происходит модуляция остатков подавленного проникающего сигнала с расширением их спектра в среднем до Af^^f -ширины спектра излучаемого БССС сигнала А?,=200 кГц. Поскольку ширина спектра помеховых остатков превышает полосу пропускания доплеровского фильтра Af,(tm)^ Аf0"Аfф, достигается когерентное выделение полезного сигнала на фоне шума и промодулированных остатков проникающего сигнала с эф
- 4 -
008335
фективностью Ккн=А?уАф.
Таким образом, на выходе n-го фильтра m-го дальностного канала 22-m будет действовать сигнал цели с временем запаздывания tIIrm и n-й доплеровской частотой. Выходные сигналы с М дальностных каналов от N доплеровских фильтров в каждом поступают на соответствующие MxN входов оконечного устройства 25, где обеспечивается принятие решения о наличии цели в направлении 8а, определение ее
радиальной скорости Угц с точностью до г 2 * и времени запаздывания с точностью до At4r=(tII31-tц3i-1), а также пересчет tr в дальность цели с учетом ее ориентации относительно линии базы "РЛС-БССС":
" 2[ <+d(l-cos(eu-e0))]'
где d - база - расстояние от РЛС до БССС; 8ц - направление на цель (азимут); 8о - направление (азимут) на БССС.
Для оценки соответствия заявляемого объекта критерию "изобретательский уровень" целесообразно рассмотреть отличительные от прототипа признаки, как это отображено в табл. 1.
Таблица 1
Новые признаки
Свойства а заяв-
Известные технические решения
п/п
заявляемого объекта
ляемом объекте
Патент PS №6319 от 13.06.2000
Автокомпенсатор
Пространственная
Пространственная
Подавление
Автокомпенсатор
со 2-м опорным
двукратная авто-
двукратная авто-
мешающих
одноканальный -
каналом
компенсация
компенсация
излучений двух
защита от актив-
проникающего
проникающего
источников
ных помех от
сигнала
сигнала
(с.320,рис. 15.12)
одного источника
Перемножитель
Спектральное
Только фильтр
Подавление ме-
Нет
1-й с фильтром
подавление про-
режекции и пред-
шающих отраже-
режекторным
никающего сигнала совместно с преобразованием времени запаздывания полезного сигнала в новый закон модуляции
варительной се-' лекции
ний с временем запаздывания
/Г"=С (с.184)
Перемножители
Свертка по спек-
Набор УПФ без
Параллельный
Демодуляция по-
канальные с
тру полезного
перемножнтелей-
обзор по ради-
лезного сигнала с
набором УПФ
сигнала с исполь-
параллельный
альной скорости с
использованием
зованием разных
обзор по ради-
демодуляцией
опорного - такого
законов ФМ для
альной скорости
сигнала при из-
же, как зонди-
различных /" и их доплеровская фильтрация
вестной дальности (рис. 12.15)
рующий сигнал РЛС - и доплеровская фильтрация
Признаки 1, 2, 3 в совокупности
Достижение цели изображения
Н Нет
Нет
¦'При этом от формирователя 16 в разные далыюстные каналы поступают опорные сигналы с различными
законами фазовой модуляции ф,ц(/)
Таким образом, заявляемый объект удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", т.е. его новые признаки проявляют иные свойства по сравнению с известными техническими решениями и характеризуются существенными режимными отличиями.
- 5 -
008335
Материалы изобретения поясняются следующими графическими изображениями. Фиг. 1 - блок-схема РЛС-прототипа.
Фиг. 2 - пояснение воздействия на РЛС проникающего сигнала.
Фиг. 3 - пояснение мер защиты от проникающего сигнала, использованных в известных экспериментах.
Фиг. 4 - блок-схема заявляемой РЛС.
Фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие процессы демодуляции проникающего сигнала и перемодуляции полезных сигналов.
Фиг. 6 - пространственная диаграмма, поясняющая процесс пространственной компенсации.
Фиг. 7 - частотная диаграмма, поясняющая процесс режекции демодулированного проникающего сигнала.
Фиг. 8 - блок-схема пространственного автокомпенсатора.
Фиг. 9 - блок-схема блока формирования опорных сигналов.
Фиг. 10 - блок-схема варианта выполнения оконечного устройства РЛС.
Для доказательства соответствия заявляемого объекта критерию "промышленная применимость" целесообразно рассмотреть возможность его технической реализации.
Приемники 3, 6, 18 с антеннами 1, 2, 17 - известные радиотехнические устройства, широко описанные в научно-технической литературе, относятся к классу супергетеродинных приемников с усилителями высокой частоты с однократным преобразованием частоты на промежуточную f^fc-fn- или ^=5^-^.
Автокомпенсатор 19 с двукратным вычитанием описан в [11, рис. 15.12], реализуется по схеме фиг. 8, причем перемножители 27 и 29 - известные устройства, реализуемые с использованием известных в радиотехнике узлов, в том числе в интегральном исполнении (микросхема 174 ПС1 [13]) или в цифровой форме, а интеграторы 28 могут быть выполнены как узкополосные радиофильтры [14] или в цифровой форме [15]. Сумматор 30 может быть выполнен с использованием операционного усилителя [13, 16], в том числе в интегральном исполнении, на трансформаторах или в цифровой форме. В основном канале автокомпенсатора сигнал преобразуется по частоте на fuZ^f^-Ft,1 в смесителе 31с использованием колебаний опорного гетеродина 32 автокомпенсатора для исключения эффекта "слепой фазы". Поэтому выходной сигнал автокомпенсатора смещен по частоте на f^-Ft,1.Смеситель 31 и гетеродин 32, также известные в радиотехнике устройства, реализуются по известным схемам и правилам [17]. Перемножитель 20, аналогично перемножителям 27 и 29, реализуется по известным правилам с использованием известных схем.
Фильтр режекторный 21 представляет собой комбинацию собственно режекторного фильтра с амплитудно-частотной характеристикой, показанной на фиг. 7, и частотно-зависимого фазовращателя, корректирующего фазочастотную характеристику режекторного фильтра. Оба эти узла известны и проектируются по известным правилам [16], в том числе в цифровой форме [15]. Перемножители 23 канальные и узкополосные фильтры наборов 24 аналогично строятся с использованием упомянутых схемных решений и правил. Следует отметить, что на первый вход канального перемножителя поступает радиолокационный сигнал с частотой F^F^, а на второй - опорный сигнал от формирователя 26 с частотой FoI1. Поэтому сигнал на выходе перемножителя 23 будет иметь частоту F^F^^F^ и узкополосные фильтры 24 настраиваются в этом диапазоне частот с взаимной расстройкой на величину не более полосы пропускания Мф.
Формирователь 26 обеспечивает формирование набора М, по числу элементов разрешения РЛС Atr по времени запаздывания, опорных сигналов с различными законами фазовой модуляции qi(t, tJi) для каждого i-го элемента разрешения. Он строится по схеме, представленной на фиг. 9. Формирователь содержит М-отводную линию задержки 33 с отводами через Atr, подключенными к первым входам перемножителей 36, вторые входы которых объединены и подключены к выходу смесителя 34, вход которого объединен со входом линии задержки 33 и является входом формирователя, второй вход смесителя подключен к выходу гетеродина 35 опорного, а выходы перемножителей 36 являются выходами формирователя 26 и подключены соответственно их первым входам: после 1-го элемента задержки - к 1-му дально-стному каналу (22-1), после М-го элемента задержки - к М-му каналу (22-М).
В формирователе опорный сигнал - принятый сигнал излучения БССС с законом фазовой модуляции \|/о0) от блока 18 поступает на вход линии задержки, с отводов которой снимаются соответственно задержанные на t5i опорные сигналы с законами модуляции \|/Х1)=\|/о0-^), которые поступают на входы перемножителей 36-1, 36-M. На вторые входы этих перемножителей поступает с выхода смесителя 34 опорный сигнал с законом ФМ \|/t,(t), преобразованный по частоте на величину Fon. В результате перемножения указанных сигналов на выходах перемножителей формируются сигналы с законами фазовой модуляции qi(t, ^)=\|/о0:)-\|/о(Мз0, i=1, M, что и необходимо для эффективной демодуляции радиолокационного сигнала в том дальностном канале, в перемножитель 23 которого поступает опорный сигнал, характеризующийся t5i с минимальным отличием от t^: minlt^-t^l.
Как видно, формирователь 26 выполняется из известных и достаточно описанных узлов и блоков (перемножитель, генератор, смеситель, линия задержки), которые также по известным правилам реали
- 6 -
008335
зуются, в том числе в цифровой форме [15,18].
Оконечное устройство 25 РЛС, как отмечалось ранее, обеспечивает решение следующих задач:
- принятие решения о наличии цели в направлении 8а;
- определение ее радиальной скорости Vr и времени запаздывания ^ц радиолокационного сигнала;
- пересчет (при необходимости) времени запаздывания в дальность гц с учетом положения цели
относительно базы d "РЛС-БССС".
Для обеспечения выполнения указанных функций оконечное устройство РЛС может быть построено по схеме, представленной на фиг. 10. Показанный вариант выполнения содержит М коммутаторов 37 по доплеровской частоте F/I на N входов каждый, подключенных к выходам соответствующих N допле-ровских фильтров 24 соответствующих дальностных каналов 22, а выходы этих коммутаторов подключены к соответствующим М входам коммутатора 38 по времени запаздывания tr, выход которого через детектор 39 подключен к сигнальным входам индикатора 40 радиальной скорости "Vr" и индикатора 41 времени запаздывания "tr" с амплитудной индикацией. При этом управляющий вход индикатора 40 объединен с управляющими входами коммутаторов 37 и подключен к выходу блока 42 обзора по доплеровской частоте 'Тд", а управляющий вход индикатора 41 по "tr" объединен с управляющим входом коммутатора 38 по "tr" и подключен к выходу блока 43 обзора по времени запаздывания "tr", причем вход блока
43 объединен с управляющими входами индикатора 40 и М коммутаторов 37 и подключен к выходу блока 42 обзора по доплеровской частоте.
Следует заметить, что описываемый вариант технической реализации предполагает в N раз более быстрый опрос выходов доплеровских фильтров по сравнению с дальностными каналами, однако не исключен и иной вариант - в М раз более быстрый опрос дальностных каналов, в этом случае будет использовано N коммутаторов дальностных каналов на М входов каждый, подключенных к N-входовому коммутатору по доплеровским фильтрам.
Блок 42 формирует циклически изменяющийся цифровой код со значениями от 0 до N, значение этого кода, поступая на управляющие входы коммутаторов 37, определяет номер входа от доплеровского фильтра, подключаемого на выход каждого из коммутаторов 37, т.е. значение этого кода соответствует доплеровской частоте подключаемого на выход коммутатора сигнала и соответственно - отображаемой на индикаторе 40 радиальной скорости. Нулевое значение кода обеспечивает перевод в новое состояние блока 43, формирующего цифровой код значением от 0 до М, который, поступая на управляющий вход коммутатора 38, определяет номер коммутатора 37, выходной сигнал от которого подключается к детектору 39. Поскольку коммутаторы 37-1, 37-2, 37-М подключены к соответствующим дальностным каналам, то это значение кода определяет номер отображаемого на индикаторе 41 интервала по времени запаздывания, так как значением кода задается положение развертки по координате "tr" индикатора 41, так же, как и положение развертки по координате "Vr" индикатора 40 определяется значением кода с выхода блока 42.
Наиболее удобным видом выходных кодов блоков 42 и 43 представляется параллельный цифровой код, хотя другие виды кодов не исключаются. Выходной сигнал детектора 39 поступает на сигнальные входы индикаторов, обеспечивая амплитудную индикацию сигналов на экранах индикаторов 40 и 41 и принятие решения оператором о наличии цели в направлении 8а ориентации оси ДН антенны 1 РЛС, ее радиальной скорости и времени запаздывания tA характеризующем дальность.
При выполнении РЛС обзора по направлению (например, кругового по азимуту) целесообразно применить дополнительно двумерные индикаторы: 44 "направление-скорость" ("8-Vr") и 45 "направление-время запаздывания" ("8-tr"). Развертка по направлению тогда будет обеспечиваться поступающим на соответствующие входы индикаторов по соответствующим связям цифровым кодом с выхода формирователя 46 кода "8", вход которого подключен к выходу устройства управления антенной (датчика положения антенны, спецвычислителя управления ФАР, сельсинного преобразователя).
Входы разверток по радиальной скорости "Vr" и времени запаздывания "tr" индикаторов 44 и 45 соответственно подключены к выходам блоков 42 и 43, а входы яркостной индикации - к выходу детектора 39. В этом случае достигается формирование двумерной развертки в координатах "8-Vr" на индикаторе
44 и "8-tr" на индикаторе 45 с яркостной индикацией положения цели, что обеспечивает принятие оператором решения о наличии цели, ее скорости и времени запаздывания отраженного сигнала в условиях изменяющегося направления 8а положения антенны 1. В остальном работа индикаторов 44 и 45 аналогична индикаторам 40 и 41 оконечного устройства 25 РЛС.
Для автоматизации работы РЛС и исключения операторов из процесса радиолокационного наблюдения в состав оконечного устройства могут быть введены схема 47 пороговая, входом подключенная к выходу детектора 39, выход которой соединен с управляющими входами блока стробирования 48 с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и блока 49 стробирования кодов, выходы этих блоков подключены к соответствующим входам центрального вычислительного комплекса (ЦВК) 50 РЛС. При этом сигнальный вход блока 48 подключен к выходу детектора 39, а цифровые входы блока 49 - к выходам блоков 42, 43 и 46 соответственно. В случае превышения выходным сигналом детектора порога обнаружения пороговая схема 47 формирует сигнал наличия цели, который, поступая на управляющий вход
- 7 -
008335
блока 49, обеспечивает выделение значений действующих в данный момент кодов доплеровской частоты 'Тдц" (соответственно радиальной скорости "Угц"), времени запаздывания \ц" и направления "8ц", которые поступают на первый вход ЦВК 50 РЛС по шине данных с выхода блока 49. Одновременно выделяется величина сигнала "A^", которая стробируется в блоке 48, преобразуется в цифровую форму и в виде цифрового кода также поступает в ЦВК РЛС на второй его вход с выхода блока 48. ЦВК 50 РЛС обеспечивает выполнение необходимых расчетов по формированию взвешенных оценок координат цели: - по направлению:
где J - амплитуды сигналов цели, принятые за время радиолокационного контакта, k - количество решений о наличии цели за время радиолокационного контакта, 1=1,2;
- по радиальной скорости:
1 j-\ I н
по времени запаздывания:
по дальности:
где отсчеты координат за время радиолокационного контакта.
ЦВК также выполняет другие известные функции: накопление решений о превышении порога и формирование интегрального решения о наличии цели, траекторные расчеты, управление антенной при программном обзоре, а также выдачу радиолокационной информации потребителю. Одновременно ЦВК может обеспечивать адаптивное управление порогом с целью поддержания заданной вероятности ложных тревог [12]. Для этого его третий выход (в дополнение к выходам управления антенной и выдачи данных потребителю) подключен к пороговому входу схемы 47 пороговой. Заметим, что при использовании ЦВК 50 с аппаратурой передачи данных отпадает необходимость в привлечении операторов и использовании индикаторов 40, 41, 44 и 45.
Все перечисленные узлы, образующие оконечное устройство 15, известны и применяются в современной радиолокационной технике, т.е. ее техническая реализация осуществима с использованием известных узлов, схем и вычислительных процедур, т.е. заявляемый объект удовлетворяет критерию "промышленная применимость".
1. Полуактивная радиолокационная станция. - Патент республики Беларусь № 6319 от 10.03.2004, приоритет от 13.06.2000.
2. Полуактивная радиолокационная станция. - Патент республики Беларусь № 6635 от 15.07.2004, приоритет от 27.02.2001.
3. Multirole passive radar tested. Jane's Int. Defense Review, September 2002, vol. 35, p. 23.
4. H.D. Griffits. From a Different Perspective Principles, Practice and Potential of Bistatic Radar. В сб.: Proc. ШЕЕ 2003 Radar Conference, Huntsville, USA, May 2003, pp. 1-7.
5. UK Patent Application: GB № 2378336A от 01.08.2001. Object speed or location determination using direct and reflected signals received from a mobile phone base station. - Опубл. 05.02.2003.
6. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981. - 416 с.
7. Rajesh Saini, M. Cherniakov, V. Lenive. Direct Path Interference Suppression in Bistatic System: DTV Based Radar. В сб.: Proc. IEEE 2003 Radar Conference, Huntsville, USA, May 2003, pp. 309-314.
8. http://www.roke.co.uk./sensors/stealth/cillular.asp.
9. Hongbo Sun, Danny K.P. Tan, Yilong Lu. Design and Implementation of an Experimental GSM Based Passive Radar. - В сб.: Proc. IEEE 2003 Radar Conference, Huntsville, USA, May 2003, pp. 418-422.
10. Ратынский. Основы сотовой связи. -М.: Радио и связь, 2000. - 248 с.
11. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч. 1. Основы радиолокации/Под ред. А.Е. Охрименко. - М.: Воениздат, 1983. - 456 с.
12. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник/Под ред Я. Д. Ширмана. -М.: ЗАО "МАКВИС", 1998. - 828 с.
13. Булычев А.П., Галкин В.И., Прохоренко В.А. Аналоговые интегральные микросхемы. Справоч
- 8 -
008335
ник. - Мн.: Беларусь, 1983.
14. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства. Справочник. - М.: Радио и связь, 1988.
15. Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах. Справочное пособие/Под ред. Высоцкого Б.Ф. - М.: Радио и связь, 1984.
16. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. Т. 1. - Пер. с англ./Под ред. Гальперина М.В. -
М.: Мир, 1983.
17. Заварин Г.Д., Мартынов В.А., Федорцов Б.Ф. Радиоприемные устройства. - М.: Воениздат, 1973.
18. Микропроцессоры. Кн. 1: Архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов/Под ред. Л.Н. Преснухина. - Мн.: Вышэйшая школа, 1987.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Полуактивная радиолокационная станция (РЛС) с использованием для подсвета зоны радиолокационного наблюдения излучений базовых станций сотовой связи (БССС), содержащая последовательно соединенные направленную антенну РЛС с устройством управления и приемник основного канала, последовательно соединенные антенну с приемником первого опорного канала, причем вторые входы приемников объединены и подключены к выходу местного гетеродина, а антенна первого опорного канала размещена неподвижно и направлена на БССС, отличающаяся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные антенна с приемником второго опорного канала, автокомпенсатор, основной вход которого подключен к выходу приемника основного канала, а первый и второй компенсационные входы автокомпенсатора соответственно соединены с выходами приемников опорных каналов, а выход автокомпенсатора подключен к первому входу перемножителя первого, выход которого соединен со входом режекторного фильтра, выход которого подключен к М объединенным по входу дальностным каналам, каждый из которых содержит последовательно соединенные канальный перемножитель и набор N объединенных по входу узкополосных фильтров, выходы которых образуют N выходов соответствующего дальностного канала и подключены к соответствующим N входам оконечного устройства РЛС, при этом первый вход канального перемножителя является входом дальностного канала, а второй вход каждого канального перемножителя соединен с соответствующим выходом формирователя опорных сигналов, вход которого объединен со вторым входом первого перемножителя и подключен к выходу приемника одного из опорных каналов, а второй вход приемника второго опорного канала объединен со вторыми входами приемников основного и первого опорного канала, а антенна второго опорного канала размещена аналогично антенне первого опорного канала и симметричной ей относительно фазового центра антенны РЛС.
2. Полуактивная РЛС по п.1, отличающаяся тем, что формирователь опорных сигналов содержит М-отводную линию задержки, вход которой является входом формирователя, а М ее отводов подключены к первым входам перемножителей, выходы которых являются выходами формирователя, а вторые входы перемножителей объединены и подключены к выходу смесителя, первый вход которого объединен со входом линии задержки, а второй вход соединен с выходом опорного гетеродина формирователя.
1 ^Приемник основного канала
Усилитель
Смеситель
Усилитель
АЦП
от местн. гетеродина б"
Смеситель
LПриемник опорного канала
10 АЦП
Коррелятор
161
11 Блок БПФ
12 Блок
БПФ
Комплексный пермножитель
Устройство обрат. БПФ
Фиг. 1
Блок памяти
Фиг. 2
- 9 -
008335
Цель Я
БССС
РЛС
БССС
Фиг. 3
ц|| J
Приемник (первого on. канала)
Приемник 1-й (основного канала}
от местн. гетер.
ml J
19 Авто-компенсатор
Приемник (второго оп. канала)
20 Перемножитель 1-й
Фильтр режекторн.
Формнр. опорн.
1-й дальностный канал 22-1
Перемножитель канальный
Набор УПФ
22-2
2-й дальностный канал
22-М
М-й дальностный канал
Оконечное устройство
Фиг. 4
.ч"Г(0;(Дм"ц = 0)
v"(0
- 10 -
008335
Фиг. 8
Фиг. 9
- 11 -
008335
от блока 12-1
37-1
Коммутатор по К 1-й
от блока 12-2 .
от блока 12-А/
к ус-ву управл. антенной
37-2
Коммутатор J по К 2-й
37-М
Коммутатор по ж М-Ъ
Блок обзора по К
Елок обзора по tr
ЦВК РЛС
к потребит! |Т
Блок 49 стробир-я кодов
Коммутатор
39 Детектор
Схема пороговая
Формирователь кода
- е. "
отус-ваТ| управл.
Индикатор
Индикатор
Индикатор
"в-Кг" -Гг-
Индикатор
Z3T"
Блок 48 стробир-я с АЦП
Фиг. 10
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 12 -