УСТРОЙСТВО ИСКАЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
DEVICE FOR DISTORTION OF RADAR IMAGE

Изобретение относится к области радиолокационных станций (РЛС) с синтезированной апертурой антенны (РСА), в частности, может быть использовано при разработке транспондеров РСА или ретрансляторов сигналов РСА.
Известны устройства, искажающие радиолокационное изображение (РЛИз) объекта - уголковый отражатель [Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. - М.: Сов. Радио, 1968, с. 321-326; Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1989, с. 90-99] и линза Люнеберга. Уголковый отражатель и линза Люнеберга переотражают сигнал на рабочей частоте РЛС и обеспечивают искажение РЛИз объекта (за счет увеличения его интенсивности). Причем искажение РЛИз происходит только в случае совмещения в пространстве уголкового отражателя и линзы Люнеберга с объектом.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом к предполагаемому изобретению) является устройство искажения РЛИз [Лихачев В.П., Купряшкин И.Ф., Семенов В.В., Нагорный М.С., Федотов А.А. Устройство искажения радиолокационного изображения объекта. - Патент RU 2486538 от 27.06.2013 г.], состоящее из N-канальной приемной и передающей антенных решеток, каждый из N каналов содержит последовательно соединенные элемент приемной антенной решетки, полосовой фильтр, фазовые детекторы, аналого-цифровые преобразователи, вычислительное устройство, цифро-аналоговые преобразователи, смеситель, управляемый фазовращатель, управляемый усилитель, элемент передающей антенной решетки а также опорный генератор, фазовращатель, блок ввода значений эффективной площади рассеяния объекта и запоминающее устройство. Устройство формирует помехи для РСА, искажающие формируемые ими РЛИз объектов и уменьшающие вероятность их правильного обнаружения, при условии отсутствия информации о параметрах движения носителя РСА и раздельного местоположения ретранслятора и объекта.
Недостатком устройства-прототипа является погрешность воспроизведения ЛЧМ сигналов при функционировании в условиях быстрого взаимного перемещения носителя РЛС (например, космического аппарата (КА) с РЛС) и (или) носителя устройства искажения РЛИз.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, выражается в снижении погрешности воспроизведения ЛЧМ сигналов путем учета доплеровского смещения частоты принимаемого ЛЧМ сигнала, обусловленного взаимным перемещением носителя РЛС и (или) носителя устройства искажения РЛИз.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство искажения РЛИз, состоящее из вычислительного устройства и N-канальной приемной и передающей антенных решеток, где каждый из N каналов содержит аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель, в каждый из N каналов дополнительно введены фильтр высоких частот, ответвитель, линия задержки, смеситель, фильтр низких частот и цифровой синтезатор, при этом n-й выход, где n=1, 2, …, N, приемной антенной решетки через фильтр высоких частот соединен с ответвителем, первый выход которого соединен со вторым входом смесителя, а второй выход соединен со входом линии задержки, выход которой соединен с первым входом смесителя, выход которого через фильтр низких частот, аналого-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, цифровой синтезатор, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель соединен с n-м входом передающей антенной решетки.
Сущность изобретения заключается в формировании в ответ на каждый принятый зондирующий ЛЧМ импульс его цифровой копии с учетом доплеровского смещения частоты, обусловленного взаимным перемещением носителя РЛС и (или) носителя устройства искажения РЛИз, и ее переизлучении в направлении РЛС. Это позволяет искажать РЛИз объекта независимо от местоположения и направления движения носителя устройства искажения РЛИз.
Задача, решение которой обеспечивает заявляемое устройство, состоит в ретрансляции непрерывных и импульсных ЛЧМ сигналов, обеспечивающих формирование в РСА ложных РЛИз объектов.
Структурная схема предлагаемого устройства искажения РЛИз приведена на фиг. 1, где обозначено: 1 - приемная антенная решетка, 2 - фильтр высоких частот (ФВЧ), 3 - ответвитель, 4 - линия задержки (ЛЗ), 5 - смеситель, 6 - фильтр низких частот (ФНЧ), 7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 8 - вычислительное устройство (ВЧУ), 9 - цифровой синтезатор, 10 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 11 - усилитель, 12 - передающая антенная решетка.
Назначение элементов - приемная антенная решетка 1, ФВЧ 2, ответвитель 3, ЛЗ 4, смеситель 5, ФНЧ 6, АЦП 7, ЦАП 10, усилитель 11 и передающая антенная решетка 12 - ясны из их названия.
ВЧУ 8 предназначено для выполнения необходимых арифметических операций вычисления параметров принимаемых ЛЧМ сигналов в цифровом виде и выдаче соответствующей кодовой последовательности в цифровой синтезатор 9. ВЧУ 8 может быть реализовано, например, с использованием сигнального процессора ADSP-2181 [Вальпа О.Д. Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 270 с.].
Цифровой синтезатор 9 предназначен для формирования ЛЧМ сигнала с параметрами, рассчитанными в ВЧУ 8. Он может быть реализован на основе микросхемы прямого цифрового синтеза DDS [Analog Devices. RF 1С Selection Guide, с. 12].
0
0
Устройство работает следующим образом. Зондирующий ЛЧМ сигнал РЛС на частоте f поступает на N элементов приемной антенной решетки 1, где осуществляется его преобразование в электрический сигнал. Выходные сигналы элементов приемной антенной решетки 1 через N-й ФВЧ 2, которые настроены на частоту f, и N-й ответвитель 3 подаются на вход N-й ЛЗ 4 и второй вход N-го смесителя 5.
з
С выхода N-й ЛЗ 4 задержанная на время τ копия принятого ЛЧМ сигнала поступает на первый вход N-го смесителя 5, где происходит перемножение с ЛЧМ сигналом, поступившим с выхода N-го ответвителя 3.
С выхода N-го смесителя 5 ЛЧМ сигнал подается на вход N-го ФНЧ 6, где производится фильтрация его низкочастотной составляющей.
С выхода N-го ФНЧ 6 НЧ ЛЧМ сигнал поступает на вход N-го АЦП 7, который преобразует его в цифровую форму.
Оцифрованный НЧ сигнал поступает на вход ВЧУ 8, в котором осуществляется:
p
- измерение разностной частоты f(n) НЧ ЛЧМ сигнала;
u
- определение длительности τ ЛЧМ сигнала;
u
- определение периода следования T ЛЧМ сигнала;
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><msub><mi>r</mi><mrow><mi>р</mi><mi>л</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
u
- вычисление радиальной скорости движения носителя РЛС
(nT);
c
- вычисление ширины спектра Δf ЛЧМ сигнала.
p
Измерение разностной частоты f(n) НЧ ЛЧМ сигнала производится после преобразования Фурье и получения его спектра.
u
u
Определение длительности τ и периода следования T ЛЧМ сигнала производится с использованием метода генератор-пересчетной схемы [Смирнов Ю.А. Радиотехническая разведка. - М.: Воениздат, 2001. - с. 108-111].
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><msub><mi>r</mi><mrow><mi>р</mi><mi>л</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
u
Радиальная скорость движения носителя РЛС
(nT) вычисляется следующим образом:
рлс
рлс
рлс
где ρ - радиус-вектор носителя РЛС, V - вектор скорости носителя РЛС, |ρ| - дистанция между носителем РЛС и устройством искажения РЛИз.
рлс
0
0
a
а
Модуль вектора скорости движения носителя РЛС |V| можно получить, например, на основе исходных данных, находящихся в орбитальной модели SGP4 [Hoots F.R., Roehrich R.L. SpaceTrack Report №3, 1980. - с. 10-21]. SGP4 позволяет осуществить предсказание орбитального положения КА и положения КА относительно носителя устройства искажения РЛИз на текущий момент времени. Исходные данные Ω{θ,ξ,,e,ϖ,t}, где θ - наклонение орбиты, ξ - прямое восхождение восходящего узла,  - большая полуось орбиты, е - эксцентриситет орбиты, ϖ - угловое расстояние перигея, t - время прохождения КА через восходящий узел, поступают на N+2 вход ВЧУ 8.
c
Ширина спектра сигнала Δf вычисляется следующим образом:
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><msub><mi>r</mi><mi>y</mi></msub></mrow></msub></mrow>
u
где с - скорость света,
(nT) - значение радиальной скорости движения носителя устройства искажения РЛИз.
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><msub><mi>r</mi><mi>y</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><msub><mi>r</mi><mi>y</mi></msub></mrow></msub></mrow>
u
u
Значение радиальной скорости движения носителя устройства искажения РЛИз
(nT) можно получить, например, из его инерциальной навигационной системы (ИНС) [П.В. Бромберг. Теория инерциальных систем навигации. - М.: Наука, 1979. - с. 71-122]. Значение
(nT) поступает на N+1 вход ВЧУ 8.
Расчет переменных в ВЧУ может выполняться, например, в сигнальном процессоре ADSP-2181 путем реализации типовых ассемблерных процедур среды разработки Visual DSP++ (суммирования, вычитания, умножения, деления и вычисления модуля) [Вальпа О.Д. Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007, стр. 266]. Блок-схема алгоритма вычисления согласно выражений (1) и (2) представлена на фиг. 2, где 13 - умножитель, 14 - блок деления, 15 - сумматор и 16 - блок вычисления модуля.
c
0
u
u
С выхода ВЧУ 8 кодовая последовательность значений Δf, f, τ, Tпоступает на вход N-го цифрового синтезатора 9, где осуществляется формирование ЛЧМ сигнала с заданными параметрами в цифровом виде [Analog Devices. Data Sheet AD9910. - 64 с.].
С выхода N-го цифрового синтезатора 9 сформированный ЛЧМ сигнал подается на вход N-го ЦАП 10, где преобразуется в аналоговый сигнал, который после усиления излучается передающей антенной решеткой 12 в направлении РЛС.
Предложенное устройство искажения РЛИз сигналов позволяет учесть доплеровское смещение частоты принимаемого ЛЧМ сигнала, обусловленного взаимным перемещением носителя РЛС и (или) носителя устройства искажения РЛИз, и может ретранслировать как импульсные, так и непрерывные ЛЧМ сигналы.
Предложенное техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестны устройства искажения РЛИз, позволяющие определять их параметры при наличии доплеровского смещения частоты, обусловленного взаимным перемещением носителя РЛС и (или) носителя устройства искажения РЛИз.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартные радиоэлектронные устройства и средства.