СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ НЕВЗАИМНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF SELECTING NON-MUTUAL RADAR OBJECTS AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретения относятся к радиолокации и могут быть использованы в устройствах селекции целей по поляризационным свойствам отраженного сигнала, содержащего информацию о поляризационной анизотропии отражающего объекта.
Основной технической задачей, решаемой заявляемой группой изобретений, является возможность селекции целей с невзаимными свойствами обратного рассеяния радиоволн.
0
0
p
1
2
12
21
i
0
p
1
2
1
2
i
Поставленная задача достигается тем, что в способе селекции радиолокационных объектов, основанном на облучении объектов волной с несущей частотой ω, описываемой в ортогональном поляризационном базисе облучения вектором е(t), приеме в поляризационном базисе облучения отраженной волны e(t), формировании двух комплексных величин U, U, модули и фазы которых пропорциональны модулям и аргументам элементов M, М соответственно, матрицы взаимной когерентности M излученной е(t) и отраженной e(t) электромагнитных волн, формировании разностного сигнала ΔU как модуля разности величин U и U в соответствии с выражением ΔU=|U-U|, в качестве выходного сигнала принимают разностный сигнал ΔU, а матрицу M определяют по формуле
где  и  - функции, описывающие ортогональные по поляризации составляющие облучающей волны
причем амплитуда, ширина спектра и длительность этих функций идентичны, а нормированный коэффициент взаимной корреляции функций  и  для всех возможных временных и частотных сдвигов существенно меньше единицы;
и  - сигналы, описывающие ортогональные по поляризации составляющие отраженной волны
i
p
0
τ - время задержки отраженной от объекта волны e(t) относительно момента излучения облучающей волны e(t);
« » - знак усреднения на интервале длительности функций (сигналов)  и ;
* - знак комплексного сопряжения;
† - знак эрмитового сопряжения.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве селекции радиолокационных объектов, содержащем приемо-передающую антенну полного поляризационного приема-передачи сигнала, ортогональные питающие фидеры которой соединены с первыми входами первого и второго циркуляторов соответственно, вторые входы первого и второго циркуляторов соединены с выходами первого и второго усилителя мощности соответственно, входы которых соединены с выходами первого и второго формирователей сложных сигналов соответственно, первые входы первого и второго формирователей сложных сигналов соединены с первым выходом генератора опорных частот, третьи выходы первого и второго циркуляторов соединены с входами первого и второго малошумящих усилителей соответственно, выходы первого и второго малошумящих усилителей соединены с входами первого и второго преобразователей частоты соответственно, входы преобразователей частоты соединены со вторым выходом генератора опорных частот, выходы первого и второго преобразователей частоты соединены с входами первого и второго согласованных фильтров соответственно, выходы первого и второго согласованных фильтров соединены с входами вычитающего устройства соответственно, выход вычитающего устройства соединен с входом детектора огибающей радиосигнала, вторые входы формирователей сложных сигналов соединены с выходом синхронизирующего генератора.
Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел, следовательно, данная группа изобретений удовлетворяет требованию единства изобретений.
На чертеже представлена функциональная схема устройства.
1
2
х
у
2
1
Устройство селекции радиолокационных объектов содержит приемо-передающую антенну 1 полного поляризационного приема-передачи сигнала, ортогональные питающие фидеры которого соединены с первыми входами первого циркулятора 2 и второго циркулятора 3 соответственно, вторые входы первого и второго циркуляторов 2 и 3 соединены с выходами первого и второго усилителя мощности (УМ) 4 и 5 соответственно, а входы первого и второго усилителей мощности 4 и 5 соединены с выходами первого формирователя сложных сигналов (Ф) 6 и второго формирователя сложных сигналов (Ф) 7 соответственно, первые входы первого и второго формирователей сложных сигналов 6 и 7 соединены с первым выходом генератора опорных частот (ГОЧ) 10, третьи выходы первого и второго циркуляторов 2 и 3 соединены с входами первого и второго малошумящих усилителей 8 и 9 соответственно, выходы первого и второго малошумящих усилителей 8 и 9 соединены с входами первого опорного сигнала преобразователей частоты (ПЧ) 11 и второго опорного сигнала преобразователя частоты (ПЧ) 12 соответственно, входы первого опорного сигнала преобразователя частоты 11 и опорного сигнала второго преобразователя частоты 12 соединены со вторым выходом генератора опорных частот 10, выходы опорного сигнала первого преобразователя частоты 11 и второго опорного сигнала преобразователя частоты 12 соединены с входами второго согласованного фильтра 13 (СФ) и первого согласованного фильтра 9 (СФ) 14 соответственно, выходы первого и второго согласованных фильтров 13 и 14 соединены с входами вычитающего устройства 15 соответственно, выход вычитающего устройства 15 соединен с входом детектора огибающей радиосигнала 16, вторые входы первого и второго формирователей сложных сигналов 6 и 7 соединены с выходом синхронизирующего генератора 17, при этом первый согласованный фильтр 14 согласован с сигналом первого формирователя сложных сигналов 6, а второй согласованный фильтр 13 согласован с сигналом второго формирователя сложных сигналов 7.
1
2
Антенна 1 полного поляризационного приема-передачи сигнала образована, например, параболическим зеркалом с симметричным облучателем в виде круглого рупора, питание которого осуществляется с помощью поляризационного разделителя ПР. Первый и второй формирователи 6 и 7 ортогональных сигналов S(t) и S(t), выполнены по технологии (Tektronix AWG610 Arbitrary Waveform Generator User Manual. Tectronix, 1998), также первый и второй формирователи 6 и 7 могут быть реализованы с использованием современной технологии генерирования сложных радиосигналов произвольной формы, подобно тому, как это реализуется в известных, серийно выпускаемых приборах, например в генераторе (Tektronix AWG610 Arbitrary Waveform Generator User Manual. Tectronix, 1998). Генератор опорных частот (ГОЧ) 10, первый и второй согласованные фильтры 13 и 14, согласованные с сигналами  и  соответственно, преобразованными на промежуточную частоту, выполнены, например, по технологии устройств, использующих поверхностные акустические волны (ПАВ) (Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990. - 416 с.).
0
Устройство работает следующим образом. Первый и второй формирователи сложных сигналов 6 и 7 одновременно, по импульсному запускающему сигналу синхронизирующего генератора 17 формируют на несущей частоте ω два узкополосных радиосигнала
Амплитуды, ширина спектра и длительности этих сигналов идентичны, а их комплексные огибающие  и  имеют малый коэффициент взаимной корреляции и описываются комплексными функциями времени:
1
2
где φ(t), φ(t) - функции, описывающие законы изменения фазы несущих колебаний сигналов  и , соответственно;
P(t) - прямоугольная действительная функция, определяющая форму «мощностной» огибающей сигналов  и , описываемая выражением
u
τ - длительность сигналов  и ;
0
t - момент начала излучения сигналов  и .
Основным требованием к сигналам  и  является их малая взаимная корреляция для всех возможных на практике временных и частотных сдвигов, а также идентичная форма их автокорреляционных функций (АКФ). Взаимная корреляционная функция сигналов  и , нормированная к их полной мощности, определяется соотношением
12
где τ и Ω - параметры взаимного временного и частотного сдвигов соответственно. Функция (4) определяет нормированный коэффициент взаимной корреляции сигналов для всех возможных значений сдвига по времени и по частоте. Для малой взаимной корреляции сигналов  и  необходимо, чтобы абсолютные значения функции B(τ,Ω) были значительно меньше единицы:
u
u
Такими свойствами обладают, например, два радиосигнала постоянной мощности и равной длительности, частоты которых изменяются по линейному закону навстречу друг другу (ортогональные линейно частотно-модулированные (ЛЧМ) сигналы). Такими же свойствами обладают два фазоманипулированных радиосигнала, манипуляции фазы которых заданы двумя ортогональными m-последовательностями, соответственно. При этом нормированный коэффициент взаимной корреляции таких сигналов определяется величиной, обратной значению их базы N, которая равна произведению их ширины спектра Δω на длительность τ сигнала: N=Δω·τ, а формы главных лепестков их автокорреляционных функций (АКФ) идентичны (Амиантов И.Н. Избранные вопросы статистической теории связи. - М.: Сов. радио, 1971).
Работа первого и второго формирователя сложных сигналов 6 и 7 синхронизируется опорным сигналом, вырабатываемым генератором опорных частот 10, при этом радиосигналы  и  когерентно-связаны во времени и их фаза относительно друг друга и относительно сигнала генератора опорной частоты 10 постоянна и не изменяется во времени. Выходные сигналы первого и второго формирователей сложных сигналов 6 и 7 усиливаются первым и вторым усилителями мощности 4 и 5 и возбуждают плечи Х и Y поляризационного разделителя ПР. При этом в пространство излучается электромагнитная волна, которая описывается вектором
p
Отраженная от объекта волна e(t) описывается вектором
где S - матрица обратного рассеяния объекта;
- элементы матрицы S (комплексные величины);
i
τ - задержка сигнала времени распространения излученной волны до объекта и обратно.
Х
Y
Отраженная волна принимается антенной 1, и на выходах х и у поляризационного разделителя ПР формируются два сигнала  и  соответственно, которые через первый и второй циркуляторы 2 и 3 поступают на входы первого и второго малошумящих усилителей 8 и 9, усиливаются и поступают на входы первого опорного сигнала преобразователя частоты (ПЧ) 11 и второго опорного сигнала преобразователя частоты (ПЧ) 12, где преобразуются на промежуточную частоту. Выходные радиосигналы первого и второго опорного сигнала преобразователей частоты 11 и 12 описываются выражениями
Г
0
ПЧ
где ω=ω+ω - частота сигнала гетеродина, вырабатываемого генератором опорных частот;
1
2
1
2
ПЧ
- коэффициент передачи сигналов  и  с выходов поляризационного разделителя ПР антенны на входы согласованных фильтров СФ и СФ. Фильтры СФ и СФ согласованы с сигналами  и  (см. выражение 1) соответственно, преобразованными на промежуточную частоту ω.
Каждый из принимаемых сигналов  и  (см. выражение 7) на промежуточной частоте описывается соотношениями:
Здесь для простоты изложения коэффициент передачи трактов  (см. выражение 7) принят равным единице.
1
2
Сигналы (8) поступают на входы первого и второго согласованных фильтров 13 и 14. При этом на выходе первого и второго согласованных фильтров 13 и 14 формируются выходные радиосигналы U и U, описываемые выражениями:
где * - знак временной свертки;
1
2
и  - импульсные характеристики первого и второго согласованных фильтров СФ и СФ соответственно;
ПЧ
и  - функции, совпадающие (при замене переменной τ на t) по форме с автокорреляционными функциями сигналов  и  (см. выражение 1), соответственно, преобразованных на промежуточную частоту ω;
ПЧ
- функция, совпадающая (при замене переменной τ на t) с взаимно корреляционной функцией сигналов  и  (см. выражение 1), соответственно, преобразованных на промежуточную частоту ω.
Таким образом, в силу того, что взаимная корреляция сигналов  и  мала и, следовательно, выполняется соотношение
1
2
i
амплитуда и фаза сигналов U и U на выходах первого и второго согласованных фильтров 13 и 14 в момент времени t=τ пропорциональны, соответственно, модулям и фазам элементов  и  матрицы обратного рассеяния отражающего объекта, находящегося в i-ом стробе дальности. В выражении (10)  и  - значения автокорреляционных функций сигналов  и , соответственно, при нулевом сдвиге.
1
2
Сигналы U и U поступают на входы вычитающего устройства 15, на выходе которого формируется разность этих сигналов, которая детектируется детектором огибающей радиосигнала 16, на выходе которого формируется видеосигнал в соответствии с выражением
Поскольку для всех взаимных объектов внедиагональные элементы
и  их матрицы обратного рассеяния всегда тождественно равны, выходной сигнал ΔU отличен от нуля только тогда, когда отражающий объект имеет невзаимные свойства и элементы  и  его матрицы обратного рассеяния не равны. Отличие выходного сигнала от нуля и есть признак наличия объекта с невзаимными свойствами.