Устройство формирования значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны

Область техники, к которой относится полезная модель
Предлагаемое техническое решение относится к области радиолокации и предназначено для формирования значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны при обнаружении; может быть использовано в радиолокационных системах обнаружения и сопровождения воздушных целей с режимом полного поляризационного зондирования пространства и инверсным синтезированием апертуры антенны. Достигаемый технический результат – расширение функциональных возможностей прототипа по измерению поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с инверсным синтезом апертуры антенны.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известно устройство обработки сигналов при инверсном синтезе апертуры антенны на основе метода гармонического анализа [2] рис. 2.11 стр. 65, позволяющее повысить тангенциальную разрешающую способность радиолокационной системы, содержащее умножитель, блок прямого преобразования Фурье, блок вычисления модуля сигнала; при этом 1-й и 2-й входы умножителя являются входами устройства, выход умножителя соединен со входом блока прямого преобразования Фурье, выход которого соединен с блоком вычисления модуля сигнала, выход которого является выходом устройства.
Недостатком данного устройства является невозможность измерения значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с инверсным синтезом апертуры антенны.
Известно также устройство обработки сигналов при инверсном синтезе апертуры антенны на основе метода прямой свертки [2] рис. 2.7 стр. 59, позволяющее повысить тангенциальную разрешающую способность РЛС, содержащее 1-й блок вычисления прямого преобразования Фурье, 2-й блок вычисления прямого преобразования Фурье, умножитель, блок вычисления обратного преобразования Фурье, блок вычисления модуля сигнала; при этом входы 1-го и 2-го блоков прямого преобразования Фурье являются входами устройства, выходы 1-го и 2-го блоков прямого преобразования Фурье соединены со входами умножителя, выход которого соединен со входом блока обратного преобразования Фурье, выход которого соединен с блоком вычисления модуля сигнала, выход которого является выходом устройства.
Недостатком данного устройства является невозможность измерения значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с инверсным синтезом апертуры антенны.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство обработки сигналов при инверсном синтезе апертуры антенны на основе метода прямой свертки [2] рис. 2.7 стр. 59, позволяющее повысить тангенциальную разрешающую способность РЛС, содержащее 1-й блок вычисления прямого преобразования Фурье, 2-й блок вычисления прямого преобразования Фурье, умножитель, блок вычисления обратного преобразования Фурье, блок вычисления модуля сигнала; при этом входы 1-го и 2-го блоков прямого преобразования Фурье являются входами устройства, выходы 1-го и 2-го блоков прямого преобразования Фурье соединены со входами умножителя, выход которого соединен со входом блока обратного преобразования Фурье, выход которого соединен с блоком вычисления модуля сигнала, выход которого является выходом устройства.
Однако это устройство не позволяет осуществлять формирование значений поляризационных векторов рассеяния при осуществлении полного поляризационного зондирования пространства.
Сущность полезной модели
Задачей, решаемой в предлагаемом техническом решении, является расширение функциональных возможностей прототипа по измерению поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с инверсным синтезом апертуры антенны.
устройство
дополнительно введены
Для решения поставленной задачи в  [2], содержащее 1-й блок прямого преобразования Фурье, 2-й блок прямого преобразования Фурье, умножитель, блок обратного преобразования Фурье, блок вычисления модуля сигнала  три блока прямого преобразования Фурье, пять умножителей, три блока обратного преобразования Фурье, три фазовых детектора, три блока вычисления модуля сигнала; при этом выход 1-го блока прямого преобразования Фурье соединен с 1-м входом 1-го умножителя, выход которого соединен со входом 1-го интегратора, выход которого соединен с 1-м входом 3-го умножителя и 1-м входом 4-го умножителя; выход 3-го умножителя соединен со входом 1-го блока обратного преобразования Фурье, выход которого соединен со входом 1-го блока вычисления модуля сигнала, 1-м входом 1-го фазового детектора, 1-м входом 2-го фазового детектора, 1-м входом 3-го фазового детектора; выход 2-го блока прямого преобразования Фурье соединен со 2-м входом 1-го умножителя и 2-м входом 2-го умножителя; выход 3-го блока прямого преобразования Фурье соединен с 1-м входом 2-го умножителя, выход которого соединен со входом 2-го интегратора, выход которого соединен с 1-м входом 6-го умножителя и 2-м входом 5-го умножителя; выход 6-го умножителя соединен со входом 4-го блока обратного преобразования Фурье, выход которого соединен со входом 4-го блока вычисления модуля сигнала и 2-м входом 3-го фазового детектора; выход 4-го блока прямого преобразования Фурье соединен со 2-м входом 3-го умножителя и 1-м входом 5-го умножителя; выход 5-го умножителя соединен со входом 3-го блока обратного преобразования Фурье, выход которого соединен со входом 3-го блока вычисления модуля сигнала и 2-м входом 2-го фазового детектора; выход 5-го блока прямого преобразования Фурье соединен со 2-м входом 6-го умножителя и 2-м входом 4-го умножителя; выход 4-го умножителя соединен со входом 2-го блока обратного преобразования Фурье, выход которого соединен со входом 2-го блока вычисления модуля сигнала и 2-м входом 1-го фазового детектора; выходы с 1 по 4 блоков вычисления модуля сигнала и с 1 по 3 фазовых детекторов являются выходами устройства. Такое построение структурной схемы устройства позволяет осуществлять формирование значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны
Структурная схема предлагаемого устройства формирования значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны представлена на фиг. 1.
Согласно данной схемы устройство формирования значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны содержит: 1-й блок прямого преобразования Фурье 1, 2-й блок прямого преобразования Фурье 2, 3-й блок прямого преобразования Фурье 3, 4-й блок прямого преобразования Фурье 4, 5-й блок прямого преобразования Фурье 5, 1-й умножитель 6, 2-й умножитель 7, 1-й интегратор 8, 2-й интегратор 9, 3-й умножитель 10, 4 умножитель 11, 5-й умножитель 12, 6-й умножитель 13, 1-й блок обратного преобразования Фурье 14, 2-й блок обратного преобразования Фурье 15, 3-й блок обратного преобразования Фурье 16, 4-й блок обратного преобразования Фурье 17, 1-й фазовый детектор 18, 2-й фазовый детектор 19, 3-й фазовый детектор 20, 1-й блок вычисления модуля сигнала 21, 2-й блок вычисления модуля сигнала 22, 3-й блок вычисления модуля сигнала 23, 4-й блок вычисления модуля сигнала 24.
Сравнение с техническими характеристиками, известными из опубликованных источников информации, показывает, что заявляемое решение обладает новизной и имеет соответствующий уровень.
Заявляемое решение носит технический характер, осуществимо на современной элементной базе, воспроизводимо и, следовательно, является промышленно применимым.
Перечень фигур чертежей
На фигуре 1 представлена структурная схема устройства формирования поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Устройство формирования значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенныработает следующим образом.
Вход 1 соединен с приемным каналом антенны вертикальной поляризации; вход 2 соединен с устройством формирования корректирующих функций; вход 3 соединен с приемным каналом антенны горизонтальной поляризации; вход 4 соединен с устройством формирования зондирующих сигналов для антенны вертикальной поляризации, вход 5 соединен с устройством формирования зондирующих сигналов для антенны горизонтальной поляризации.
На вход 1 поступает сигнал, который описывается выражением:
,
i
j
где  - сигнал, принятый антенной с вертикальной поляризацией; -время задержки принятого сигнала, зависящее от траектории движения объекта локации; - собственные шумы приемного канала вертикальной поляризации; - комплексное значение эффективной поверхности рассеяния цели для различного сочетания поляризаций излученных () и принятых () электромагнитных волн;  и  - сигналы, излученные на вертикальной и горизонтальной поляризациях соответственно; - время; - частота электромагнитных колебаний, выраженная в [рад/с].
На вход 2 поступают фазовые корректирующие функции, которые на основе разложения в степенной ряд Тейлора могут быть представлены в виде:
,
С
где - радиальная и тангенциальная составляющие скорости объекта локации,  – скорость света в вакууме, - расстояние до объекта локации в середине синтезируемой апертуры.
На вход 3 поступает сигнал, который описывается выражением:
,
где  - принятый сигнал горизонтальной поляризации; - собственные шумы приемного канала горизонтальной поляризации.
На входы 4 и 5 поступают сигналы, формируемые для излучения на вертикальной  и горизонтальной  поляризациях соответственно. Сигналы на входы 1-5 подаются одновременно.
Сигнал  поступает на вход 1-го блока прямого преобразования Фурье 1, с выхода которого поступает на 1-й вход 1-го умножителя 6, представляет собой комплексный спектр сигнала, принятого на вертикальной поляризации и описывается выражением:
,
где - оператор прямого преобразования Фурье.
Сигнал  поступает на вход 2-го блока прямого преобразования Фурье 2, с выхода которого поступает на 2-й вход 1-го умножителя 6 и 2-й вход 2-го умножителя 7, представляет собой комплексный спектр фазовой корректирующей функции и описывается выражением:
.
Сигнал  поступает на вход 3-го блока прямого преобразования Фурье 3, с выхода которого поступает на 1-й вход 2-го умножителя 7, представляет собой комплексный спектр сигнала, принятого на горизонтальной поляризации и описывается выражением:
.
Сигнал  поступает на вход 4-го блока прямого преобразования Фурье 4, с выхода которого поступает на 2-й вход 3-го умножителя 10 и 1-й вход 5-го умножителя 12, представляет собой комплексный спектр сигнала, формируемого для излучения на вертикальной поляризации и описывается выражением:
.
Сигнал  поступает на вход 5-го блока прямого преобразования Фурье 5, с выхода которого поступает на 2-й вход 6-го умножителя 13 и 2-й вход 4-го умножителя 11, представляет собой комплексный спектр сигнала, излученного на горизонтальной поляризации и описывается выражением:
.
Сигнал с выхода 1-го умножителя 6 поступает на вход 1-го интегратора 8, на выходе которого описывается выражением:
,
далее поступает на 1-й вход 3-го умножителя 10, на выходе описывается выражением:
,
и 1-й вход 4-го умножителя 11, на выходе которого описывается выражением:
.
Сигнал  с выхода 3-го умножителя 10 поступает на вход 1-го блока обратного преобразования Фурье 14, с выхода которого поступает на вход 1-го блока вычисления модуля сигнала 21, 1-й вход 1-го фазового детектора 18, 1-й вход 2-го фазового детектора 19, 1-й вход 3-го фазового детектора 20 и описывается выражением:
,
где - оператор обратного преобразования Фурье.
Сигнал на выходе 1-го блока вычисления модуля сигнала 21 описывается выражением:
.
Сигнал  с выхода 4-го умножителя 11 поступает на вход 2-го блока вычисления обратного преобразования Фурье 15, с выхода которого поступает на 2-й вход 1-го фазового детектора 18, вход 2-го блока вычисления модуля сигнала 22 и описывается выражением:
.
Сигнал на выходе 2-го блока вычисления модуля сигнала 22 описывается выражением:
.
Сигнал на выходе 1-го фазового детектора 18 определяется значением разницы фаз сигналов  и , и описывается выражением:
.
Сигнал с выхода 2-го умножителя 7 поступает на вход 2-го интегратора 9, на выходе которого описывается выражением:
,
далее поступает на 1-й вход 6-го умножителя 13, на выходе которого может быть представлен в виде:
,
и 2-й вход 5-го умножителя 12, на выходе которого может быть представлен в виде:
.
Сигнал  с выхода 5-го умножителя 12 поступает на вход 3-го блока обратного преобразования Фурье 16, с выхода которого поступает на вход 3-го блока вычисления модуля сигнала 23, 2-й вход 2-го фазового детектора 19 и описывается выражением:
,
где - оператор обратного преобразования Фурье.
Сигнал на выходе 3-го блока вычисления модуля сигнала 23 описывается выражением:
.
Сигнал на выходе 2-го фазового детектора 19 определяется значением разницы фаз сигналов  и , и описывается выражением:
.
Сигнал  с выхода 6-го умножителя 13 поступает на вход 4-го блока обратного преобразования Фурье 17, с выхода которого поступает на вход 4-го блока вычисления модуля сигнала 24, 2-й вход 3-го фазового детектора 20 и описывается выражением:
.
Сигнал на выходе 4-го блока вычисления модуля сигнала 24 описывается выражением:
.
Сигнал на выходе 3-го фазового детектора 20 определяется значением разницы фаз сигналов  и , и описывается выражением:
.
На выходах 1-7 предлагаемого устройства формирования значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны формируются значения поляризационных векторов рассеяния с относительной фазой в виде:
.
Элементы модели могут быть выполнены на основе аналоговых и цифровых электронных компонентов, выпускаемых современной промышленностью.
Таким образом, устройство формирования поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны позволяет повысить функциональные возможности прототипа и обеспечить формирование значений поляризационных векторов рассеяния в радиолокационных системах с полным поляризационным зондированием пространства и инверсным синтезом апертуры антенны.
Библиографический список
1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы / Учебник для вузов. – М.: Радиотехника, 2004 - 320 с.: ил.
2.Антипов В.Н., Горяинов В.Т., Кулин А.Н. и др. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / Под ред. В.Т. Горяинова. – М.: Радио и связь, 1998 – 304 с.: ил.
3. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. - М: Сов. радио, 1966.
4. Оценка качества радиолокационного канала с полным поляризационным зондированием по информационным характеристикам //Научно-техническая конференция ВТУ. Тезисы. - Тверь: ВТУ, 2000.
5. Сарычев В.А. Поляризация сигналов в сложных транспортных радиоэлектронных комплексах. //Сборник научных трудов /Аблишская академии транспорта. /Отв. ред. А.И. Козлов» - Санкт- Петербург: Хронограф, 1994 - 465с.
6. Храбростин Б.В. Метод полного поляризационного зондирования пространства // Научные ведомости БелГУ. Сер. информатика, прикл. математика, управление. – Белгород, 2004. – том 1, вып. 1(19). – с. 111-130.