АКТИВНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОИЗВОЛЬНОЙ МОДУЛЯЦИИ И СИСТЕМОЙ КОМПЕНСАЦИИ

Полезная модель относится к радиотехнике, и может быть использована при разработке активных радиолокационных систем.
Известна активная радиолокационная система, приведенная в описании изобретения под названием "FMCW Radar system" [1]. Передающая часть устройства содержит последовательно соединенные: модулятор, вход которого соединен с выходом блока обработки сигналов, генератор управляемый напряжением, делитель мощности и передающую антенну. Приемная часть устройства состоит из последовательно соединенных: приемной антенны, смесителя, первого усилителя, фильтра нижних частот, второго усилителя, выход которого соединен со входом блока обработки сигналов. Первый вход смесителя данного устройства соединен с выходом приемной антенны, а второй вход с вторым выходом делителя мощности.
Недостатком данного устройства является, наличие «мертвой зоны» вблизи РЛС, вызванной просачиванием прямого сигнала передатчика в приемную антенну и затрудняющего обработку полезных сигналов, отраженных от радиолокационной цели на малом расстоянии от РЛС. Кроме этого к недостаткам данного устройства относится то, что оно может быть использовано только в целях радиолокации, однако широкополосные сигналы излучаемые передатчиком данного устройства потенциально могут быть использованы для передачи информации.
Известна активная радиолокационная система, приведенная в описании изобретения под названием "Radar" [2]. Устройство содержит последовательно соединенные: цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом блока формирования и обработки сигналов, генератор управляемый напряжением, изолятор и делитель мощности, циркулятор, первый соединительный разъем которого подключен к первому выходу делителя мощности, приемо-передающую антенну, соединенную с вторым соединительным разъемом циркулятора, смеситель, первый вход которого соединен с третьим соединительным разъемом циркулятора, а второй вход с вторым выходом делителя мощности, последовательно соединенные: усилитель, вход которого соединен с выходом смесителя, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока формирования и обработки сигнала.
Данное устройство позволяет уменьшить «мертвую зону» РЛС, по сравнению с предыдущим устройством, за счет использования циркулятора. Циркулятор подавляет часть энергии из первого соединительного разъема при поступлении в третий соединительный разъем и далее в приемный тракт. Однако уровень развязки между первым и третьим разъемом в современных циркуляторах составляет 15-20 дБ [3], что не достаточно для полного устранения влияния прямого сигнала при обработке полезного сигнала, отраженного от радиолокационной цели (и как следствие образование «мертвой зоны»). Кроме этого к недостаткам данного устройства относится то, что оно может быть использовано только в целях радиолокации, однако широкополосные сигналы излучаемые передатчиком данного устройства потенциально могут быть использованы для передачи информации.
Наиболее близким к заявляемому устройству, является активная радиолокационная система, приведенная в описании изобретения под названием "Radar apparatus" [4]. Устройство содержит блок цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с последовательно соединенными цифро-аналоговым преобразователем, первым смесителем, усилителем мощности, передающей антенной. Приемная часть данного устройства содержит последовательно соединенные: приемную антенну, малошумящий усилитель, второй смеситель, аналого-цифровой преобразователь. Кроме этого радар содержит опорный генератор, выход которого подключен к первому и второму смесителю.
Данное устройство реализует одновременно два основных назначения: радиолокатор и система передачи данных. В качестве передаваемого сигнала используется модулированные кодовые последовательности которые включают в себя идентификационную информацию о радаре а также могут включать другую информацию.
Недостатком данного устройства является, наличие «мертвой зоны» вблизи РЛС, вызванной просачиванием прямого сигнала передатчика в приемную антенну и затрудняющего обработку полезных сигналов, отраженных от радиолокационной цели на малом расстоянии от РЛС.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, - снижение уровня просачивания сигнала собственного передатчика, поступающего в приемный канал, для радиолокационной системы обеспечивающей как радиолокационную функцию так и функцию передачи информации, содержащийся в радиолокационных сигналах.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок формирования и обработки сигналов, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом блока формирования и обработки сигналов, первый смеситель, первый вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, усилитель мощности, антенну, малошумящий усилитель, второй смеситель, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока обработки и формирования сигнала, опорный генератор, выход которого соединен с вторым входом первого смесителя и вторым входом второго смесителя дополнительно вводится первый фильтр, вход которого соединен с выходом первого смесителя, а выход с входом усилителя мощности, симметрирующий трансформатор, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, циркулятор, первый соединительный разъем которого соединен с первым выходом симметрирующего трансформатороа, а второй соединительный разъем с антенной, перестраиваемая линия задержки, вход которой соединен с вторым выходом симметрирующего трансформатора, перестраиваемый аттенюатор, вход которого соединен с выходом перестраиваемой линии задержки, сумматор, первый вход которого соединен с третьим соединительным разъемом циркулятора, второй вход с выходом перестраиваемого аттенюатора, а выход с входом малошумящего усилителя, второй фильтр, вход которого соединен с выходом второго смесителя, а выход с входом аналого-цифрового преобразователя.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, на которой обозначено: 1 - блок обработки и формирования сигнала, 2 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 3, 13 - первый и второй смесители, 4, 14 - первый и второй фильтры, 5 - усилитель мощности, 6 - симметрирующий трансформатор, 7 - циркулятор, 8 - антенна, 9 - перестраиваемая линия задержки, 10 - перестраиваемый аттенюатор, 11 - сумматор, 12 - малошумящий усилитель, 15 - аналого-цифровой преобразователь.
Подробное описание работы устройства.
Данное устройство предназначено одновременно для выполнения двух функций: радиолокационная и система передачи данных. Формирование и обработка сигнала производится в блоке обработки и формирования сигнала 1. Блок 1 может быть выполнен в виде цифрового сигнального процессора, либо программируемой логической интегральной схемы либо в другом исполнении, может включать дополнительные каналы ввода информации, устройства памяти и др. Цель данного блока - сформировать радиолокационный сигнал в заданной полосе частот, включающий в себя информационную последовательность предназначенную для передачи. Информационная последовательность представляет из себя битовую последовательность модулированную с применением современных цифровых методов, к примеру с использованием OFDM, SC-FDMA модуляции или другой.
С выхода блока 1 радиосигнал поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 2, где производится преобразование сигнала в аналоговую форму. Далее сигнал поступает в первый смеситель 3, где производится перенос сигнала на несущую частоту. Для формирования несущей частоты используется сигнал опорного генератора 16. Далее проходит через первый фильтр 4, усиливается в усилителе мощности 5 и поступает на вход симметрирующего трансформатора 6. С первого выхода симметрирующего трансформатора сигнал поступает на первый соединительный разъем циркулятора 7 и далее излучается антенной 8 в окружающее пространство. Антенной 8 принимается сигнал, отраженный от радиолокационной цели и далее поступает в циркулятор 7. С третьего соединительного разъема циркулятора 7 смесь полезного сигнала и прямого сигнала собственного передатчика поступает на первый вход сумматора 11. Причем мощность сигнала собственного передатчика поступающего в приемный канал значительно превосходит мощность сигнала отраженного от радиолокационной цели. На второй вход сумматора 11 поступает компенсирующий сигнал. Структура симметрирующего трансформатора такова, что он имеет один вход и два выхода: инвертирующий и неинвертирующий. Сигналы на выходе симметрирующего трансформатора синхронны, имеют одинаковую амплитуду, но при этом находятся в противофазе. Инверсный сигнал, с второго выхода симметрирующего трансформатора 6 проходит через перестраиваемую линию задержки 9 и перестраиваемый аттенюатор 10, где производится его задержка и ослабление. Этот сигнал является компенсационным, с помощью перестраиваемой линии задержки и перестраиваемого аттенюатора, производится его задержка и ослабление, таким образом, чтобы поступая на вход сумматора 11, компенсирующий сигнал был синхронен и имел одинаковую амплитуду с сигналом передатчика, поступающим на первый вход сумматора 11, но при этом в противофазе. Настройка перестраиваемой линии задержки 9 и перестраиваемого аттенюатора 10 может производиться в ручном либо автоматическом режиме. В сумматоре 11 производится сложение прямого сигнала собственного передатчика и компенсирующего сигнала в противофазе и как следствие компенсация прямого сигнала передатчика. Уровень компенсации при использовании для формирования компенсирующего сигнала симметрирующего трансформатора может достигать 35 дБ [5].
С выхода сумматора 11 сигналы отраженные от радиолокационной цели поступают на вход малошумящего усилителя 12, где производится усиление. Далее во втором смесителе производится перенос сигнала на низкую частоту, далее фильтрация с помощью второго фильтра 14, после чего сигналы оцифровываются в аналого-цифровом преобразователе 15. Обработка радиолокационного сигнала, в том числе обнаружение радиолокационных целей производится в блоке 1 обработки и формирования сигнала. Для обработки могут сигналов могут быть применены различные подходы и методы, к примеру корреляционный, методы сверх разрешения и др.
Снижение уровня просачивания сигнала собственного передатчика, поступающего в приемный канал, для радиолокационной системы обеспечивающей как радиолокационную функцию так и функцию передачи информации, по сравнению с прототипом заключается в применении компенсирующего тракта, включающего: симметрирующий трансформатор, перестраиваемый аттенюатор, перестраиваемую линию задержки, и может достигать 40 дБ по сравнению с прототипом.