ИМПУЛЬСНЫЙ РАДИОЛОКАТОР
PULSE RADAR

Предлагаемый импульсный радиолокатор относится к радиотехнике и может быть использован в системах обнаружения и распознавания целей на фоне помех, в том числе малоподвижных целей.
Особенностью обнаружения малоподвижных целей является невозможность использования методов и устройств доплеровской селекции, имеющих высокую эффективность в других случаях (см. П.А. Бакулев, В.М. Степин, Методы и устройства селекции движущихся целей, М., Радио и связь, 1986).
Известны поляризационные методы селекции целей на фоне помех, эффективность которых не зависит от скорости движения целей. Так в радиолокаторе, описанном в «Справочнике по радиолокации», под ред. М. Сколника, том. 1, стр. 334, для повышения соотношения сигнал/помеха в зависимости от состояния морской поверхности и типа решаемой задачи включается сигнал с вертикальной или горизонтальной поляризацией.
Недостатком этого радиолокатора является то, что эффективность подавления в большинстве случаев менее 10 дБ, нет возможности подавлять тли распознавать помеху от дождя.
В книге «Защита от радиопомех», под ред. М.В. Максимова, М., Сов. радио, 1976, стр. 281, описан радиолокатор, в котором для повышения помехозащищенности излучается зондирующий сигнал с круговой поляризацией, принимается сигнал с круговой поляризацией того же направления вращения. При этом происходит ослабление помех от дождя. Недостатками этого радиолокатора являются потери полезного сигнала, а также невысокие возможности распознавания целей на фоне помех.
Известен метод устранения указанных потерь полезного сигнала (А.В. Иванов, М.Е. Варганов, к вопросу об обнаружении радиолокационных сигналов при полном поляризационном приеме, "Радиотехника и электроника", 1969, 14, №11, 2042-2044). При этом наряду с приемом согласованной (совпадающей с излученной) поляризацией принимается сигнал и на ортогональной поляризации, перед обнаружением осуществляется энергетическое суммирование выходных видеосигналов этих двух каналов.
Недостатком этого устройства является то, что оно не может осуществить эффективную поляризационную селекцию, так как принимает помехи на всех поляризациях.
Известен радиолокатор, описанный в докладе М. Фосси и М. Жирардели. Экспериментальные результаты радиолокатора с двойной поляризацией, Международная конференция по радиолокационной технике "Радар-84", г. Париж.
В этом радиолокаторе осуществляется прием обеих взаимно ортогональных поляризационных составляющих, а также автоматическая поляризационная селекция, подавляющая протяженные помехи.
Этот радиолокатор принят нами в качестве прототипа.
Он содержит соединенные последовательно между собой передающий канал (передатчик, стабильный генератор, смеситель АПЧ, опорный генератор, фазовращатель), диплексер, вращающийся переход, круговой поляризатор и антенну, два приемника (СВЧ усилитель, СВЧ преселектор, смеситель, предусилитель ПЧ, каскад ПЧ аттенюатора, усилитель ПЧ), два блока защиты (ограничители), установленные между дополнительными выходами вращающегося перехода и сигнальными входами приемников, входы опорных сигналов приемников соединены с вторым выходом передающего канала, микрокомпьютер, индикатор, блоки дискретизации и ввода/вывода сигналов в микрокомпьютер (фазовые детекторы, видеоусилители, аналого-цифровые преобразователи, буферные запоминающие устройства), причем микрокомпьютер в цифровом виде реализует устройство обработки в виде симметричного амплитудно-фазового автокомпенсатора (двух амплитудно-фазовых автокомпенсаторов и селектора канала с минимальным уровнем помех).
В этом радиолокаторе осуществляется ослабление активных помех, протяженных по дальности отражений от подстилающей поверхности, что улучшает условия обнаружения и распознавания объектов.
Недостатком этого устройства является то, что в нем подавляются помехи независимо от их микроструктуры (энергетическое подавление), что ограничивает возможности обнаружения и распознавания объектов.
Целью настоящего изобретения является улучшение распознавания объектов на фоне помех.
Поставленная цель достигается тем, что в импульсный радиолокатор, содержащий передающий канал, соединенные между собой круговой поляризатор и антенну, два приемника с блоками защиты, соединенными с их сигнальными входами, два согласованных фильтра, два амплитудных детектора, узел суммирования, коммутатор и индикатор, причем входы опорных сигналов приемников соединены с вторым выходом передающего выход первого согласованного фильтра через первый амплитудный детектор соединен с первыми входами узла суммирования и коммутатора, выход второго согласованного фильтра через второй амплитудный детектор соединен с вторым входом первого узла суммирования, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход которого соединен с входом индикатора, введены циркулятор, два смесителя, два перемножителя сигналов, третий согласованный фильтр, узел вычитания, второй узел суммирования, фильтр нижних частот, фазовращателя, фазовый детектор, генератор ВЧ, регулятор фаз, два ограничителя и два полосовых фильтра, причем циркулятор своими тремя выводами соединен, соответственно, с первым выходом передающего канала, вторым выводом кругового поляризатора и входом первого блока защиты приемника, третий вывод кругового поляризатора соединен с входом второго блока защиты приемника, между выходом первого приемника и третьим входом коммутатора подключены соединенные последовательно между собой первый смеситель, первый согласованный фильтр, первый перемножитель, второй узел суммирования и фильтр нижних частот, между выходом второго приемника и вторым входом второго узла суммирования подключены соединенные последовательно между собой второй смеситель, второй согласованный фильтр и второй перемножитель, второй вход которого соединен с вторым входом первого перемножителя и выходом третьего согласованного фильтра, вход которого соединен с выходом первого узла вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого смесителя и первым входом фазового детектора, а второй вход соединен с выходом второго смесителя и, через фазовращатель, с вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с первым входом регулятора фаз, второй вход которого соединен с выходом генератора ВЧ, первый выход через первый ограничитель и первый полосовой фильтр соединен с вторым входом первого перемножителя, второй выход через второй ограничитель и второй полосовой фильтр соединен с вторым входом второго смесителя; передающий канал содержит модулятор, магнетронный автогенератор, два направленных ответвителя, гетеродин, и узел АПЧ, причем модулятор, магнетронный автогенератор и первый направленный ответвитель соединены последовательно между собой, первый выход первого направленного ответвителя является первым выходом передающего канала, выход гетеродина соединен с входом второго направленного ответвителя второй выход которого соединен с первым входом узла АПЧ, второй вход которого соединен с вторым выходом первого направленного ответвителя, а выход соединен с входом гетеродина, при этом первый выход второго направленного ответвителя является вторым выходом передающего канала; приемник содержит соединенные последовательно между собой усилитель СВЧ, СВЧ- преселектор, преобразователь частоты, предварительный УПЧ, аттенюатор, УПЧ, причем сигнальным входом приемника является вход усилителя СВЧ, входом опорных сигналов является второй вход преобразователя частоты выходом является выход УПЧ;
регулятор фаз содержит два фазовращателя, шесть аттенюаторов, два узла суммирования, полярный разделитель, инвертор, полярный объединитель, опорный узел питания и узел вычитания, причем первым входом регулятора фаз является вход полярного разделителя, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго аттенюаторов и первым входом полярного объединителя, второй выход полярного разделителя соединен с входом инвертора, выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого аттенюаторов и вторым входом полярного объединителя, выход которого соединен с первым входом узла вычитания, второй вход которого соединен с выходом опорного узла питания, а выход соединен с управляющими входами пятого и шестого аттенюаторов, при этом входы фазовращателей соединены между собой и с сигнальными входами пятого и шестого аттенюаторов и являются вторым входом регулятора фаз, выход первого фазовращателя соединен с сигнальными входами первого и четвертого аттенюаторов, выход второго фазовращателя соединен с сигнальными входами второго и третьего аттенюаторов, выходы четных аттенюаторов соединены с входами первого узла суммирования, выходы нечетных аттенюаторов соединены с входами второго узла суммирования, выходы первого и второго узлов суммирования являются, соответственно, первым и вторым выходами регулятора фаз;
полярный разделитель содержит два диода и два резистора, причем первый вывод первого диода соединен с вторым выводом второго диода и является входом разделителя, второй вывод первого диода соединен с первым выводом первого резистора и является первым выходом разделителя, первый вывод второго диода соединен с первым выводом второго резистора и является вторым выходом разделителя, при этом вторые выводы резисторов соединены с корпусом узла;
полярный объединитель содержит два диода и резистор, причем первые выводы диодов являются входами объединителя, вторые выводы соединены между собой и с первым выводом резистора и являются выходом объединителя, при этом второй вывод резистора соединен с корпусом прибора.
Введенные узел вычитания, фазовый детектор, фазовращатель, регулятор фаз осуществляют непрерывное выделение из принятого сигнала, имеющего в общем случае эллиптическую поляризацию, той части сигнала, которая соответствует круговым поляризациям любого направления вращения вектора и которая в ряде случаев является наиболее информативной при распознавании объектов.
Введенные дополнительный согласованный фильтр, генератор ВЧ, два ограничителя, два полосовых фильтра и два смесителя обеспечивают глубину подавления составляющей, соответствующей линейной поляризации. Причем установка отдельного согласованного фильтра (самого узкополосного элемента приемных трактов) после вычитания исключает влияние обычно имеющей место некоторой неидентичности согласованных фильтров двух каналов, а введенные генератор ВЧ, ограничители, полосовые фильтры и смесители исключают возникновение неидентичности частотных характеристик приемных трактор в процессе регулирования а также обеспечивают необходимое быстродействие регулирования.
Введенные первый и второй перемножители, узел суммирования и фильтр нижних частот обеспечивают разделение выделенной составляющей (соответствующей круговой поляризации принятого сигнала), на две части в соответствии с направлением вращения вектора, что дает дополнительный признак при распознавании.
Введенный циркулятор и соответствующие связи обеспечивают симметрию построения устройства, идентичность характеристик двух приемных каналов, возможность работать в требуемом на практике большом динамическом диапазоне сигналов.
Таким образом, сопоставительный анализ предлагаемого импульсного радиолокатора с прототипом показывает, что он отличается наличием новых узлов, блоков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию изобретения "новизна". При этом следует отметить, что введенное узлы и блоки широко используются в радиолокационной технике, однако поставленная цель может быть достигнута только при выполнении их определенным образом, указанным в формуле, и при соответствующих связях новых блоков с остальными блоками устройства. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Существенные отличия".
На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого импульсного радиолокатора.
На фиг. 2 представлена функциональная схема передающего канала.
На фиг. 3 представлена функциональная схема приемника.
На фиг. 4 представлена схема кругового поляризатора.
На фиг. 5 представлены геометрические размеры узлов кругового поляризатора (а - волноводного узла, б - разделительной пластины).
На фиг. 6 представлена функциональная схема регулятора фаз.
На фиг. 7 представлена функциональная схема полярного разделителя.
На фиг. 8 представлена функциональная схема полярного объединителя.
На фиг. 9 представлена векторная диаграмма используемого способа регулирования фаз.
На фиг. 10(а-д) представлены диаграммы изменения напряжений в регуляторе фаз, на фиг. 10е - соответствующие сдвиги фаз сигнала.
На фиг. 11а, б представлены примеры поляризационных эллипсов принимаемых сигналов.
На фиг. 11в, г - соответствующие векторные диаграммы СВЧ полей в виде сумм двух векторов.
На фиг. 12а представлен пример АЧХ двух приемников с некоторой неидентичностью.
На фиг. 12б - результат взаимного вычитания сигналов этих двух приемников.
На фиг. 13 представлены картины изменения поляризации сигналов при отражении их от различных объектов.
Предлагаемый импульсный радиолокатор содержит передающий канал 1, соединенные между собой круговой поляризатор 2 и антенну 3, два приемника 4, 5 с блоками защиты 6, 7, соединенными с их сигнальными входами, два согласованных фильтра 8, 9 два амплитудных детектора 10, 11, узел суммирования 12, коммутатор 13 и индикатор 14, причем входы опорных сигналов приемников 4, 5 соединены с вторым выходом передающего канала 1, выход первого согласованного фильтра 8 через первый амплитудный детектор 10 соединен с первыми входами узла 12 суммирования и коммутатора 13, выход второго согласованного фильтра 9 через второй амплитудный детектор 11 соединен с вторым входом первого узла 12 суммирования, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 13, выход которого соединен с входом индикатора 14, содержит также циркулятор 15, два смесителя, два перемножителя сигналов 16, 17, 18, 19, третий согласованный фильтр 20, узел 21 вычитания, второй узел 22 суммирования, фильтр нижних частот 23, фазовращатель 24, фазовый детектор 25, генератор ВЧ 26, регулятор фаз 27, два ограничителя 28, 29 и два полосовых фильтра 30, 31, причем циркулятор 15 своими тремя выводами соединен, соответственно, с первым выходом передающего канала 1, вторым выводом кругового поляризатора 2 и входом первого блока 6 защиты приемника, третий вывод кругового поляризатора 2 соединен с входом второго блока 7 защиты приемника, между выходом первого приемника 4 и третьим входом коммутатора 13 подключены соединенные последовательно между собой первый смеситель 16, первый согласованный фильтр 8, первый перемножитель 17, второй узел 18 суммирования и фильтр 23 нижних частот, между выходом второго приемника 5 и вторым входом второго узла 22 суммирования подключены соединенные последовательно между собой второй смеситель 18, второй согласованный фильтр 9 и второй перемножитель 19, второй вход которого соединен с вторым входом первого перемножителя 17 и выходом третьего согласованного фильтра 20, вход которого соединен с выходом первого узла 21 вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого смесителя 16 и первым входом фазового детектора 25, а второй вход соединен с выходом второго смесителя 18 и, через фазовращатель 24, с вторым входом фазового детектора 25, выход которого соединен с первым входом регулятора фаз 27, второй вход которого соединен с выходом генератора ВЧ 26, первый выход через первый ограничитель 28 и первый полосовой фильтр 30 соединен с вторым входом первого смесителя 16, второй выход через второй ограничитель 29 и второй полосовой фильтр 31 соединен с вторым входом второго смесителя 18.
Передающий канал №1 содержит модулятор 32, магнетронный автогенератор 33, направленный ответвитель 34, гетеродин 35, направленный ответвитель 36 и узел АПЧ 37, причем модулятор 32, магнетронный автогенератор 33 и направленный ответвитель 34 соединены последовательно между собой, первый выход направленного ответвителя 34 является первым выходом передающего канала 1, выход гетеродина 35 соединен с входом направленного ответвителя 36, второй выход которого соединен с первым входом узла АПЧ 37, второй вход которого соединен с вторым выходом направленного ответвителя 34, а выход соединен с входом гетеродина 35, при этом первый выход второго направленного ответвителя 36 является вторым выходом передающего канала 1.
Приемник 4, 5 содержит соединенные последовательно между собой усилитель СВЧ 38, СВЧ-преселектор 39, преобразователь частоты 40, предварительный УПЧ 41, аттенюатор 42 и УПЧ 43, причем сигнальным входом приемника является вход усилителя СВЧ 38, входом опорных сигналов является второй вход преобразователя частоты 40, выходом является выход УПЧ 43.
Регулятор фаз 27 содержит два фазовращателя 44, 45, шесть аттенюаторов 46, 47, 48, 49, 50, 51, два узла суммирования 52, 53, полярный разделитель 54, инвертор 55, полярный объединитель 56, опорный узел питания 57, и узел вычитания 58, причем первым входом регулятора фаз 27 является вход полярного разделителя 54, первый выход которого соединен с управляющими входами первого (46) и второго (47) аттенюаторов и первым входом полярного объединителя 56, второй выход полярного разделителя 54 соединен с входом инвертора 55, выход которого соединен с управляющими входами третьего (48) и четвертого (49) аттенюаторов и вторым входом полярного объединителя 56, выход которого соединен с первым входом узла вычитания 58, второй вход которого соединен с выходом опорного узла питания 57, а выход соединен с управляющими входами пятого (50) и шестого (51) аттенюаторов, при этом входы фазовращателей 44, 45 соединены между собой и с сигнальными входами пятого (50) и шестого (51) аттенюаторов и являются вторым входом регулятора фаз 27, выход первого фазовращателя (44) соединен с сигнальными входами первого (46) и четвертого (49) аттенюаторов, выход второго фазовращателя 45 соединен с сигнальными входами второго (47) и третьего (48) аттенюаторов, выходы аттенюаторов 47, 49, 51 соединены с входами первого узла суммирования 52, выходы аттенюаторов 46, 48, 50 соединены с входами второго узла суммирования 53, выходы первого (52) и второго (53) узлов суммирования являются, соответственно, первым и вторым выходами регулятора фаз 27.
Полярный разделитель 54 содержит два диода 59, 60 и два резистора 61, 62, причем первый вывод первого диода 59 соединен с вторым выводом второго диода 60 и является входом разделителя 54, второй вывод первого диода 59 соединен с первым выводом первого резистора 61 и является первым выходом разделителя 54, первый вывод второго диода соединен с первым выводом второго резистора 62 и является вторым выходом разделителя 54, при этом вторые выводы резисторов соединены с корпусом узла.
Полярный объединитель 56 содержит два диода 63, 64 и резистор 65, причем первые выводы диодов 63, 64 являются входами объединителя 56, вторые выводы диодов 63, 64 соединены между собой и с первым выводом резистора 65 и является выходом объединителя 56, при этом второй вывод резистора 65 соединен с корпусом прибора. Приводим пример конкретного выполнения заявляемого радиолокатора.
Передающий канал 1 - обычный когерентный с импульсным магнетронным автогенератором 33, СВЧ гетеродином 35 на диоде Гана и системой АПЧ. Рабочая частота 9375 МГц (международная навигационная), длительность СВЧ импульса 0,5 мкс, импульсная мощность 50 кВт, частота повторения 2 кГц.
Направленный ответвитель 34 имеет переходное затухание в сторону узла АПЧ 37, равное 67 дБ. Гетеродин 35 генерирует непрерывные колебания мощностью 30 мВт в диапазоне частот 9315±50 МГц, перестройка в указанном диапазоне электронная. Направленный ответвитель 36 имеет переходное затухание в сторону узла АПЧ 37, равное 10 дБ. Узел АПЧ 37 выполнен на транзисторах, 2Т399А, осуществляет электронную автоподстройку. Переходная частота дискриминатора узла АПЧ равна 60 МГц. На обоих входах узла АПЧ имеются механически регулируемые аттенюаторы СВЧ для установки уровней входных сигналов.
Приемники 4 и 5 идентичны. Усилитель СВЧ 38 транзисторный малошумящий типа ТП038204А, выпускаемый ПО "Сатурн" г. Киев. СВЧ переселектор 39 является полосовым фильтром СВЧ, обеспечивает пропускание сигналов рабочей частоты (в полосе 9375±40 МГц) и подавление "зеркальной" полосы не менее чем на 10 дБ для исключения влияния шумов из "зеркальной" "полосы" на чувствительность приемника.
Смеситель 40 диодный балансного типа. Промежуточная частота приемника 60 МГц, полоса пропускания 6 МГц. Узлы УПЧ 41 и 43 выполнены на транзисторах типа 2Т.363А, 2Т399А.
Аттенюатор 42 имеет максимальное затухание 10 дБ, служит для начального выравнивания коэффициентов передачи приемников 4 и 5.
Круговой поляризатор 2 выполнен по типу устройства, описанного в патенте США №4122406, 1978.
Схема поляризатора 2 представлена на фиг. 4, геометрические размеры его элементов даны на фиг. 5. Поляризатор 2 представляет собой два прямоугольных волновода, сложенных своими широкими стенками (фиг. 5а). Соединенные широкие стенки по мере приближения к выходу сходят к нулю. Закон изменения размера общей стенки (перегородки) дан на фиг. 5б. В таком поляризаторе сигнал, поступающий на один вход, имеет на выходе правую круговую поляризацию, поступающий на другой вход - имеет на выходе левую круговую поляризацию.
Антенна 3 - зеркального типа, рассчитана на работу с любой поляризацией.
Блоки защиты 6, 7 имеют обычные разрядник на входе и соединенный с ним последовательно полупроводниковый ограничитель амплитуды (для уменьшения уровня просачивающегося на вход приемника сигналов от передатчика), циркулятор 15 ферритовый трехплечий.
Смесители 16, 18 выполнены на микросхемах 174ПС2.
Согласованные фильтры 8, 9, 20 - полосовые фильтры на частоту 20 МГц с полосой пропускания 3 МГц. Амплитудные детекторы 10, 11 выполнены на диодах типа 1Д507А.
Узлы суммирования 12, 22 выполнены на микросхемах серии 154УД4. Коммутатор 13 представляет собой галетный переключатель на три направления. Индикатор 14 представляет собой обычный индикатор кругового обзора, на электронно-лучевой трубке.
Перемножители 17, 19 выполнены на микросхемах типа 174ПС2.
Узел вычитания 21 выполнен на микросхеме 171УВ2, 154УД4.
Фильтр нижних частот 23 имеет полосу пропускания 3 МГц, полосовые фильтры 30, 31 - полосу 10÷20 МГц (при средней частоте 40 МГц).
Фазовращатель 24 имеет сдвиг фаз 90° на частоте 60 МГц.
Фазовый детектор 25 выполнен на микросхемах серии К500.
Генератор ВЧ выполнен на транзисторах 2Т399Л, 2Т363А, 2Т371А и кварцевом резонаторе. Он обеспечивает генерацию непрерывного синусоидального сигнала на частоте 40 МГц. Ограничители 28, 29 выполнены на микросхемах серии К500.
Фазовращатели 44 и 45 имеют, соответственно, сдвиги фаз -90° и +90° на частоте 40 МГц.
Аттенюаторы 46, 47, 48, 49, 50, 51 выполнены на микросхемах 174ПС2, их коэффициенты передачи по сигнальной цепи изменяются в пределах 0÷1 в соответствии с управляющим напряжением.
3
2
Инвертор 55 осуществляет операцию изменения знака напряжения без изменения его абсолютной величины, т.е. U=-U.
Опорный узел питания 37 стабилизированный, его выходное напряжение Uоп=+1 вольт.
Узел вычитания 58 осуществляет вычитание выходного напряжения узла 56 из выходного напряжения узла 57.
Управляющее напряжение, поступающее на вход регулятора фаз 27, изменяется в пределах от -1 вольта до +1 вольта, при этом дополнительная фаза на выходе узла 52 изменяется от -90° до +90°, дополнительная фаза на выходе узла 53 изменяется от +90° до -90°, соответственно изменение дополнительной разности фаз на двух выходах регулятора фаз 27 в пределах от -180° до +180°.
Перемножители 17, 19, узел суммирования 22, согласованные фильтры 8, 9, фильтр нижних частот 23 предназначены для определения направления круговой поляризации. Так, если уровень сигнала на выходе приемника 4 больше, чем на выходе приемника 5 (поляризация круговой поляризации принятого сигнала согласована с излученным), то фаза нескомпенсированного остатка после узлов 21, 20 совпадает с фазой сигнала на выходе узла 8, поэтому на выходе перемножителя 17 образуется видеосигнал положительной полярности. В противоположном случае (при ортогональной круговой поляризации) сигналы на выходах узлов 9 и 20 противофазны, поэтому образуется видеосигнал отрицательной полярности. Полярность этого видеосигнала существенно дополняет информацию о наблюдаемом объекте (фиг. 13).
Работает предполагаемый импульсный радиолокатор следующим образом. Передающий канал 1 на своем первом выходе выдает мощные СВЧ импульсы, которые проходят через циркулятор 15 и круговой поляризатор 2 в антенну 3 и излучаются, причем излучаемый сигнал имеет правую круговую поляризацию.
Принимаемый антенный сигнал, имеющий в общем случае эллиптическую поляризацию, при прохождении через круговой поляризатор 2 разлагается на две составляющие в круговом базисе. Составляющая, соответствующая правой (согласованной с излученным сигналом) круговой поляризации поступает через циркулятор 15 и блок защиты 6 на сигнальный вход приемника 4. Составляющая соответствующая левой (ортогональной излученному сигналу) круговой поляризации поступает через блок защиты 7 на сигнальный вход приемника 5. На опорные входы приемников 4, 5 подаются со второго выхода передающего канала 1 гетеродинирующий сигнал.
На входах приемников 4, 5 имеются обычные импульсные сигналы приемников на промежуточной частоте 60 МГц.
При прохождении этих сигналов через смесители 16, 18 происходит их преобразование на частоту 20 МГц, а также внесение в эти сигналы дополнительных сдвигов фаз, определяемых фазами сигналов 40 МГц, поступающих на вторые входы этих смесителей. Далее излученные сигналы на частоте 20 МГц вычитаются, пропускаются через согласованный фильтр 20.
Фазовый детектор 25 имеет на своем выходе нулевой сигнал тогда, когда разность фаз поступающих на него двух сигналов равна 90°. Введенный фазовращатель 24 сдвигает "нуль" на 90° в обратную сторону, при этом "нуль" получается при разности фаз 0°, а это необходимо для эффективного вычитания сигналов в узле 21.
Система в виде узлов 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 16, 18 автоматически поддерживает разность фаз поступающих на входы узла 21 сигналов близкой к нулю. Для внесения в вычитаемые сигналы соответствующих сдвигов фаз выходной сигнал фазового детектора 25 входит в узле 27 в сигнал генератора ВЧ26 дополнительные фазовые сдвиги, причем на первом и втором выходах узла 27 эти сдвиги фаз противоположны и практически равны между собой по своей величине. Введение сдвига фаз в сигнал генератора ВЧ в узле 27 происходит следующим образом. Поступающий на второй вход узла 27 высокочастотный сигнал поступает непосредственно на сигнальные входы аттенюаторов 50, 51, через фазовращатель 45 (сдвиг +90°) - на сигнальные входы аттенюаторов 47, 348, через фазовращатель 44 (сдвиг - 90°) - на сигнальные входы аттенюаторов 46, 49.
Поступающий через первый вход узла 27 управляющий сигнал используется для управления аттенюаторами 46, 47, 48, 49, 50, 51. Используется то свойство суммирования двух высокочастотных сигналов одной частоты, что фаза суммарного сигнала лежит между фазами суммируемых и определяется соотношением амплитуд суммируемых сигналов (фиг. 9).
1
3
5
Коэффициенты передачи аттенюатор в задаются напряжениями U, U, U, имеющимися в пределах от 0 до +1. Графики, разъясняющие метод формирования этих напряжений, приведены на фиг. 10.
1
2
3
4
5
4
Так, например, при нулевом управляющем напряжении оба выходных напряжения узла 54 (U, U) также равны нулю. Соответственно равны нулю напряжения U, U, коэффициенты передачи аттенюаторов 46, 47, 48, 49. Выходное напряжение U узла вычитания 58 равно опорному напряжению +1 узла 57, так как U=0.
При этом коэффициенты передачи аттенюаторов 50, 51 равны единице, сигнал с нулевым фазовым сдвигом через них и узлы 52, 53 поступают на оба выхода регулятора 27, сдвиг фаз отсутствует.
2
3
5
При управляющем напряжении, равном +1, напряжения U, U, U равны нулю, на первый выход через аттенюатор 47 поступает сигнал с фазой +90°, на второй выход через аттенюатор 46 поступает сигнал с фазой - 90°, сдвиг ФАЗ на выходах составляет +180°.
1
5
При управляющем напряжении, равном -1, напряжения U, U равны нулю, на первый выход через аттенюатор 49 поступает сигнал с фазой -90°, на второй выход через аттенюатор 48 поступает сигнал с фазой +90°, сдвиг фаз на выходах составляет -180°.
1
2
Когда управляющее напряжение больше нуля, но меньше единицы (или меньше нуля, но больше минус единицы) то в узлах 52, 53 осуществляется суммирование пар высокочастотных сигналов (фиг. 9), получая промежуточные значения фаз. Полные характеристики приращения фаз по первому (φ) и второму (φ) выходам в зависимости от входного управляющего напряжения приведены на фиг. 10е.
Предлагаемый способ управления фаз обладает необходимым для работы быстродействием.
Для уменьшения изменения амплитуды сигналов в приемных трактах при регулировании фаз, узлы 16, 18 выполнены в виде смесителей, причем вторыми их входами являются входы гетеродинирующего сигнала (более мощного). В этом случае, если амплитуда сигнала на выходе узла 16, 18 практически линейно зависит от амплитуды сигнала на его первое входе, то от амплитуды сигнала на втором входе (гетеродинирующего) оно зависит в десятки раз меньше. Чтобы еще уменьшить эту зависимость выходные сигналы регулятора фаз 27 пропускаются в дальнейшем через ограничители 28, 29 амплитуды. Полосовые фильтры 30, 31 используются для подавления возникающих при ограничении амплитуды гармоник.
В процессе авторегулирования фазы сигналов, поступающих на вторые входы смесителей 16, 18 устанавливаются такими, что фазы сигналов на выходе этих смесителей всегда одинаковы, что обеспечивает их вычитание в узле 21. Автоматическое уравнивание амплитуд вычитаемых сигналов не осуществляется, начальная установка их уровней осуществляется в приемниках 4, 5 аттенюаторами 42 таким образом, чтобы уравнять их при чисто линейной поляризации поступающих на вход антенны отраженных сигналов.
Глубокое (до 30÷40 дБ) подавление остатков сигналов при вычитании обеспечивается тем, что из частотных полос пропускания приемников 4, 5 более узкополосным фильтром 20 "вырезается" одна и та же полоса, вычитаемых сигналов (фиг. 11а), в связи с чем остатки вычитания (фиг. 11в) значительно меньше чем при отсутствии такого "вырезания" полос (фиг. 11б). Более того, показанный на Фиг. 11в остаток, имеющий форму прямоугольника, может быть сведен к нулю начальной установкой аттенюаторов 42.
Обычно в узлах регулирования фаз с электронным управлением в процессе регулирования имеется небольшое (единицы процентов) изменение частотной характеристики (фиг. 11в), что приводит к нескомпенсированным остатком при вычитании (фиг. 11г). Введенные в предлагаемом радиолокаторе узлы, регулирующие фазы путем ввода сдвигов в гетеродинирующие сигналы смесителей с последующим вычитанием преобразованных сигналов таких искажений не имеет, при этом снижается указанное ограничение по глубине подавления сигналов.
Отраженный от объектов, подстилающей поверхности, и даже от капель дождя радиолокационный сигнал имеет, в общем случае, эллиптическую поляризацию. При этом часто эллипс имеет вытянутую форму (соотношение осей эллипса значительно больше единицы), форма эллипса и его наклон может достаточно быстро изменяться.
Для улучшения распознавания объектов на фоне мешающих отражений предлагается для использования модель отраженного сигнала в виде суммы двух сигналов, первый из которых является сигналом с линейной поляризацией, а второй - сигналом с круговой поляризацией (фиг. 12). При изменении ориентации главной оси эллипса с вертикальной (фиг. 12а) на горизонтальную (фиг. 12б) можно считать (фиг. 12в, г), что составляющая круговой поляризации может не изменяться.
Составляющие с линейной и с круговой поляризациями образуются при отражении от различных объектов. Так, при отражении от плоской металлической пластины направление вращения круговой поляризации изменяется на противоположное (фиг. 13а). При отражении от двухгранного и трехгранного уголкового отражателя такое изменение направления вращения происходит дважды (фиг. 13б) или трижды (фиг. 13в). При отражении от капли воды (дождь, брызги в приводном слое и т.п.) направление вращения изменяется один раз (фиг. 13д). При облучении сигналом с любой поляризацией тонкого штыря поляризация отраженного сигнала линейная, наклон ее определяется ориентацией штыря.
В ряде важных случаев (распознавание радиолокационных ловушек, анализ состояния морской поверхности и др.) наибольшей информативностью, по нашему мнению, обладает составляющая отраженного сигнала с круговой поляризацией. При этом другая составляющая (с линейной поляризацией) в связи со своей малой информативностью и относительно большим уровнем рассматривается нами как помеха и подавляется.
Подавление составляющей именно с линейной поляризацией обеспечиваем тем, что только для сигналов с линейной поляризацией сигналы двух приемных каналов, осуществляющих прием составляющих с левой и с правой круговыми поляризациями, имеют точно равные амплитуды, и при вычитании взаимно компенсирующиеся.
В известном радиолокаторе соотношение указанных составляющих с круговой и линейной поляризациями, которое с точки зрения распознавания объектов на фоне помех в указанных случаях может считаться соотношением полезный сигнал/помеха, составляет в среднем - 10 дБ.
Введенные блоки работают в типовых режимах и в совокупности обеспечивают подавление сигнала, в данном случае составляющей с линейной поляризацией, также на типичную величину 20÷30 дБ.
На столько же улучшается и соотношение сигнал/помеха, т.е. становится равным 10÷20 дБ, что вполне достаточно для распознавания объектов, например, распознавания участков морской поверхности с малым уровнем капельных образований в приводном слое, соответствующих пятнам нефти.
Известные станции активных помех США имеют, в основном, сигналы с линейной поляризацией (обычно с углом наклона 45°, чтобы подавлять РЛС и с вертикальной, и с горизонтальной поляризациями).
Предлагаемый радиолокатор подавляет также помехи также на указанную величину 20÷30 дБ.
В связи с актуальностью задачи улучшения распознавания объектов на фоне помех, считаем, что предлагаемый радиолокатор найдет достаточно широкое применение как в военных, так и в гражданских областях.