СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПО ДАЛЬНОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ
METHOD FOR INCREASING RANGE RESOLUTION OF RADAR STATION

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для повышения разрешающей способности по дальности радиолокационных станций (РЛС).
Известен способ синтезирования апертуры антенны с высоким разрешением со ступенчатым изменением несущей частоты ЛЧМ сигнала «High resolution SAR processing using stepped-frequency chirp waveform» [US 6965341, опубликовано 15.11.2005, МПК G01S 13/90]. Способ включает в себя следующие операции: излучение последовательности пар ЛЧМ импульсов со ступенчатым изменением несущей частоты по направлению к интересующей цели, чтобы принять отраженные от цели сигналы и загрузить в систему обработки данных; сжатие принятых отраженных ЛЧМ сигналов для получения пары отсчетов по дальности, объединение пар отсчетов по дальности для получения синтезированного широкополосного эквивалентного потока данных, картографирование земной поверхности на основе синтезированного широкополосного потока данных. При этом частота второго импульса всегда выше частоты первого импульса из пары.
Известно радиолокационное устройство со ступенчатым изменением несущей частоты «Stepped frequency radar device» [US 7646335, опубликовано 21.05.2009, МПК G01S 13/00], содержащее приемную и передающую части, и модуль управления, для управления приемной и передающей частями. Передающая часть включает в себя аппаратуру для формирования сигнала с определенной полосой и приемную часть, содержащую фильтр, аналого-цифровой преобразователь и процессор быстрого преобразования Фурье (БПФ). Передающая часть формирует группу сигналов, каждая из которых имеет первую полосу частот между первой и второй частотой (В2-В1), и, таким образом, вся группа имеет полосу (В4-В1). Приемная часть открыта для полосы (В4-В1) во время приема каждого сигнала в заданной группе и передает сигнал аппаратуре для создания БПФ копий принятого сигнала и аппаратуру для создания сопряженных копий. Приемная и передающая части содержат аппаратуру для извлечения данных из БПФ первой полосы частот, накрывающей принятый сигнал, и радиолокационное устройство содержит аппаратуру для корреляции полученных выше данных из БПФ.
Недостатком указанных технических решений является то, что способ, реализованный в работе радиолокационной станции, не позволяет подавлять сигналы, принятые с кратных дальностей, соответствующих предыдущему излученному импульсу, являющимися помеховыми по отношению к сигналу принятому с основной дальности.
Наиболее близким по технической сущности является способ с использованием многочастотных сигналов для повышения разрешающей способности по дальности в РЛС многофункциональных самолетов путем межпериодного расширения спектра [Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. Т. 1. РЛС - информационная основа боевых действий многофункциональных самолетов. Системы и алгоритмы первичной обработки радиолокационных сигналов. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: «Радиотехника», 2006 г., стр. 296-304, 500-524]. Способ заключается в том, что формируют пачку из N импульсов сигнала, где N - целое число большее либо равное двум, повышают частоту N импульсов сигнала до несущей частоты, таким образом, что несущая частота изменяется от импульса к импульсу на величину, не превышающую ширину спектра одиночного импульса в пачке, последовательно когерентно излучают и принимают отраженную пачку из N импульсов сигнала, понижают частоту принятых N импульсов сигнала до видеочастоты, осуществляют доплеровскую фильтрацию пачки из N импульсов сигнала, формируют N элементов разрешения по дальности.
Недостатком указанного способа является прием сигнала отраженного с кратных дальностей соответствующих предыдущим излученным импульсам, что приводит к снижению отношения сигнал/шум.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение соотношения сигнал/шум принятого сигнала (полезный сигнал/мешающий сигнал) за счет подавления сигналов, принимаемых с кратных дальностей от предыдущих излученных импульсов на соседних несущих частотах, а также от боковых лепестков спектра предыдущих излученных импульсов.
Задачей изобретения является повышение разрешающей способности по дальности РЛС при высоком уровне отношения сигнал/шум.
Сущность изобретения заключается в том, что формируют пачку из N импульсов сигнала, где N - целое число большее либо равное двум, повышают частоту N импульсов сигнала до несущей частоты таким образом, что несущая частота изменяется от импульса к импульсу на величину, не превышающую ширину спектра одиночного импульса в пачке, последовательно когерентно излучают и принимают отраженную пачку из N импульсов сигнала, понижают частоту принятых N импульсов сигнала до видеочастоты, осуществляют доплеровскую фильтрацию пачки из N импульсов сигнала, формируют N элементов разрешения по дальности.
Новым в заявляемом способе является то, что одновременно с формированием пачки из N импульсов сигнала формируют N опорных сигналов в виде ортогональных М-последовательностей, осуществляют фазовую модуляцию каждого импульса сформированной пачки из N импульсов сигнала соответствующим опорным сигналом в виде М-последовательности, а свертку каждого принятого импульса с соответствующим ему опорным сигналом в виде М-последовательности производят после снижения частоты принятых N импульсов сигнала до видеочастоты.
На фиг. 1 представлена функциональная схема радиолокационной станции, осуществляющей способ.
0
На фиг. 2 схематично изображен процесс приема сигнала с кратной дальности, где Н-высота носителя РЛС, R - дальность до цели.
На фиг. 3 представлены огибающие спектров А) основного сигнала и Б) сигнала, принятого с двойной дальности.
На фиг. 4 представлены результаты свертки сигналов смодулированных ортогональными М-последовательностями А) основного сигнала и Б) сигнала, принятого с двойной дальности.
На фиг. 5 представлены результаты свертки сигналов модулированных ортогональными М-последовательностями А) основного сигнала и Б) сигнала, принятого с двойной дальности.
Способ повышения разрешающей способности по дальности радиолокационной станции может быть реализован, например, в импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции (БРЛС) в режимах воздух-поверхность, состоящей из управляющей ЭВМ (1), задающего генератора (2), фазового модулятора (3), запоминающего устройства (4), формирователя сигналов (5), передатчика (6), антенны (7), приемника (8), коррелятора (9), доплеровского фильтра (10), индикатора (11). Первый выход управляющей ЭВМ (1) соединен с входом задающего генератора (2), второй выход управляющей ЭВМ (1) соединен с входом ЗУ (4) и со вторым входом формирователя сигнала (5), первый вход которого соединен с выходом ЗУ (4). Выход задающего генератора (2) соединен со вторым входом фазового модулятора (3), первый вход которого соединен с первым выходом формирователя сигналов (5). Выход фазового модулятора (3) соединен с входом передатчика (6), выход передатчика (6) соединен с входом антенны (7). Выход антенны (7) соединен с входом приемника (8), выход которого соединен с первым входом коррелятора (9), второй вход которого соединен со вторым выходом формирователя сигналов (5). Выход коррелятора (9) соединен с входом доплеровского фильтра (10). Выход доплеровского фильтра соединен с индикатором (11).
Способ повышения разрешающей способности осуществляется следующим образом. Управляющая ЭВМ (1) со своего первого выхода выдает команду задающему генератору (2), по которой он начинает формировать пачку из N импульсов, где N≥2, на видеочастоте. Для дальнейшего описания возьмем N=4. Параллельно по команде управляющей ЭВМ (1), поступающей с ее второго выхода, формирователем сигналов (5) формируются 4 опорных сигнала в виде ортогональных М-последовательностей. Расчет и выбор подобных М-последовательностей осуществляется заранее и закон их формирования заносится в запоминающее устройство (4), а в процессе формирования опорных сигналов М-последовательности считываются из ЗУ (4). Описания способов формирования М-последовательностей приведены в книге [«Системы связи с шумоподобными сигналами» / Л.Е. Варакин. М.: «Радио и связь», 1985 г., стр. 49-65].
Затем каждый импульс пачки модулируется по фазе отдельным опорным сигналом в виде М-последовательности в фазовом модуляторе (3), и таким образом получают 4 фазокодоманипулированных (ФКМ) сигнала разными ортогональными друг другу М-последовательностями.
В передатчике (6) БРЛС осуществляют повышение частоты импульсов сигнала, а затем осуществляют когерентное излучение импульсов сигнала антенной (7). Каждый импульс пачки имеет свою несущую частоту, которая отличается от соседнего импульса на величину кратную шагу частоты Δf. При использовании шага несущей частоты Δf соразмерного с шириной спектра одиночного импульса  ширина суммарного спектра составит .
Затем импульсы сигнала последовательно когерентно принимаются приемником (8) БРЛС. В приемнике (8) осуществляют понижение частоты сигнала до видеочастоты и при необходимости цифровой обработки - аналого-цифровое преобразование сигнала.
В процессе приема второго импульса сигнала осуществляется прием первого импульса сигнала, отраженного с кратных дальностей приема (двойной дальности), аналогично при приеме третьего импульса с кратных дальностей принимаются первый и второй импульс и т.д. (Фиг. 2). В режимах воздух-поверхность на малых и средних дальностях кратные дальности попадают в главный лепесток диаграммы направленности антенны БРЛС и соответственно уровень сигнала, принятого с двойной дальности, достаточно большой, даже несмотря на сдвиг фазы соответствующий двойной дальности (на Фиг. 3 приведены огибающие спектра основного импульса и спектра импульса, принятого с двойной дальности). А так как сигнал, принятый с двойной дальности, является когерентным к сигналу, принятому с основной дальности, возможен эффект наложения радиолокационного изображения (РЛИ) с двойной дальности на основное РЛИ в режимах воздух-поверхность. Также в спектре принятого сигнала присутствуют боковые лепестки сигналов, излучаемых на соседних несущих частотах, принятых с кратных дальностей. Уровень таких лепестков может достигать 20 дБ, тогда как необходимым считается уровень шумовых сигналов с ослаблением не менее 40-60 дБ. Наличие этих помеховых сигналов снижает соотношение сигнал/шум, что приводит к снижению дальности обнаружения целей и снижает качество радиолокационного изображения.
Применение группы ФКМ сигналов, модулированных ортогональными М-последовательностями, позволяет, за счет их малой корреляции, при их сигнальной обработке исключать влияние друг на друга. Для этого осуществляют свертку принятого импульса сигнала с соответствующей опорной М-последовательностью в корреляторе (9). По порядковому номеру пришедшего импульса определяют соответствующую ему М-последовательность, которой он был модулирован при излучении, и осуществляют свертку с соответствующим ему опорным сигналом в виде М-последовательности. Описанные выше помеховые составляющие, содержащиеся в спектре принятого сигнала, модулированы М-последовательностями ортогональными к М-последовательности полезного сигнала, поэтому корреляция с ними будет малой и в процессе свертки помеховые сигналы будут подавлены, что значительно повысит отношение сигнал/шум. На фигуре 4 приведены результаты свертки принятых сигналов без применения ортогональных М-последовательностей, а на фигуре 5 с применением ортогональных М-последовательностей.
r
После свертки всех 4-х принятых импульсов сигнала с соответствующими им опорными сигналами в виде М-последовательностей осуществляется доплеровская фильтрация спектра пачки импульсов доплеровским фильтром (10), который может представлять собой 4-точечное дискретное преобразование Фурье. Доплеровская фильтрация позволяет получить 4 отсчета сигналов по дальности за счет отличия сигналов по доплеровской частоте за счет разной несущей частоты (, где V - радиальная скорость,  - длина волны, где с - скорость распространения радиоволн,  - несущая частота). Далее формируют 4 элемента разрешения по дальности. Сформированные элементы разрешения по дальности могут быть выведены на индикатор (11) в виде отметок цели или радиолокационного изображения в зависимости от режима работы БРЛС, либо использованы в дальнейшей обработке радиолокационного сигнала.
Таким образом, осуществляется повышение разрешения по дальности при сохранении высокого соотношения сигнал/шум, что, в свою очередь, повышается качество РЛИ в режимах воздух-поверхность и вероятность обнаружения целей.