ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ПАССИВНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ, РАБОТАЮЩЕЙ ПО СИГНАЛАМ СТОРОННИХ ИСТОЧНИКОВ ПОДСВЕТА

Полезная модель относится к радиотехнике, и может быть использована в пассивных радиолокационных системах использующих сигналы сторонних источников подсвета.
Одной из основных проблем которую необходимо решать в пассивных радиолокационных системах работающих по сигналам сторонних источников подсвета является прием слабого сигнала отраженного от радиолокационной цели на фоне мощного прямого сигнала источника подсвета, так как он поступает и в приемный канал по боковому лепестку диаграммы направленности. Разница между прямым сигналом передатчика и сигналом отраженным от радиолокационной цели может достигать 100 дБ [1]. Таким образом, при большом уровне входного сигнала коэффициент усиления приемного тракта снижается, для исключения перегрузки выходных каскадов приемников. Из-за этого снижается коэффициент усиления полезного сигнала, отраженного от радиолокационной цели. Это приводит к снижению отношения мощности полезного сигнала к мощности шума и затрудняет дальнейшую обработку сигнала.
Известно приемное устройство пассивной радиолокационной системы, описанное в работе [2]. Устройство содержит приемный канал (предназначенный для приема сигнала отраженного от радиолокационной цели), включающий последовательно соединенные: первую приемную антенну, первый полосовой фильтр, первый усилитель, первый смеситель, второй усилитель и второй полосовой фильтр, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, а также опорный канал (предназначенный для приема прямого сигнала передатчика подсвета), включающий последовательно соединенные: вторую приемную антенну, третий полосовой фильтр, третий усилитель, второй смеситель, четвертый усилитель и четвертый полосовой фильтр, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя.
Недостатком данного технического решения является то, что в нем отсутствует аналоговая система компенсации прямого сигнала передатчика подсвета в приемном канале. При высокой разнице мощностей прямого сигнала передатчика подсвета и сигнала отраженного от радиолокационной цели коэффициент усиления полезного сигнала отраженного от радиолокационной цели будет ниже, чем в том случае, если мощность, прямого сигнала передатчика подсвета будет меньше. Это приведет к снижению отношения мощности полезного сигнала к мощности шума и затруднит дальнейшую обработку сигнала.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, описанное в [3]. Устройство прототип содержит последовательно соединенные первую приемную антенну, первый полосовой фильтр, первый детектор мощности и первый дифференциальный усилитель, последовательно соединенные вторую приемную антенну, второй усилитель, второй полосовой фильтр, перестраиваемый аттенюатор и второй детектор мощности, причем второй вход первого дифференциального усилителя соединен с выходом второго детектора мощности, а выход первого дифференциального усилителя соединен с вторым входом перестраиваемого аттенюатора, второй дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, перестраиваемый фазовращатель, первый вход которого соединен с выходом перестраиваемого аттенюатора, а выход с вторым входом второго дифференциального усилителя, третий детектор мощности, вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя, а выход с вторым входом перестраиваемого фазовращателя, последовательно соединенные третий усилитель, первый смеситель, третий полосовой фильтр и четвертый усилитель, причем вход третьего усилителя, соединен с выходом второго дифференциального усилителя, последовательно соединенные пятый усилитель, второй смеситель, четвертый полосовой фильтр, причем вход пятого усилителя соединен с выходом второго полосового фильтра, генератор промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом первого смесителя и вторым входом второго смесителя, аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с выходом четвертого усилителя, а второй вход с выходом четвертого полосового фильтра, блок цифровой обработки, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя. Первая приемная антенна устройства - прототипа предназначена для приема сигнала отраженного от радиолокационной цели, а вторая приемная антенна предназначена для приема прямого сигнала передатчика подсвета.
Недостатком устройства - прототипа является то, что в аналоговой системе компенсации устройства отсутствует перестраиваемая линия задержки, таким образом прямые сигналы передатчика подсвета, принимаемые первой и второй приемными антеннами, не могут быть точно синхронизированы по времени, это значительно снизит уровень компенсации прямого сигнала передатчика подсвета, в сигнале поступающем на первый вход аналого-цифрового преобразователя. Кроме этого применение перестраиваемого фазовращателя приводит к тому, что уровень компенсации сигнала передатчика на центральной частоте будет максимальным, однако по мере удаления от центральной частоты он будет снижаться [4]. Этот факт накладывает ограничение на применение широкополосных сигналов для работы данного устройства.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, - повышение уровня компенсации прямого сигнала передатчика поступившего в первую приемную антенну, в сигнале, поступающем на первый вход аналого-цифрового преобразователя.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные: первую приемную антенну, первый усилитель и первый полосовой фильтр, последовательно соединенные первый детектор мощности и первый дифференциальный усилитель, последовательно соединенные вторую приемную антенну, второй усилитель и второй полосовой фильтр, перестраиваемый аттенюатор, второй детектор мощности, выход которого соединен с вторым входом первого дифференциального усилителя, третий детектор мощности, последовательно соединенные третий усилитель, первый смеситель, третий полосовой фильтр и четвертый усилитель, последовательно соединенные пятый усилитель, второй смеситель и четвертый полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с выходом четвертого усилителя, а второй вход соединен с выходом четвертого полосового фильтра, блок цифровой обработки, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, генератор промежуточной частоты, первый выход которого соединен с вторым входом первого смесителя, а второй выход соединен с вторым входом второго смесителя, дополнительно вводится: первый делитель мощности, вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, а первый выход соединен со входом первого детектора мощности, симметрирующий трансформатор, вход которого соединен с вторым выходом первого делителя мощности, блок управления компенсацией, первый вход которого соединен с выходом первого диффернециального усилителя, второй вход соединен с выходом третьего детектора мощности, а первый выход соединен с вторым входом перестраиваемого аттенюатора, второй делитель мощности, вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, первый выход соединен с первым входом перестраиваемого аттенюатора, а второй выход соединен со входом пятого усилителя, сумматор, первый вход которого соединен с выходом симметрирующего трансформатора, третий делитель мощности, вход которого соединен с выходом сумматора, первый выход которого соединен со входом третьего усилителя, а второй выход со входом третьего детектора мощности, четвертый делитель мощности, вход которого соединен с выходом перестраиваемого аттенюатора, а первый выход соединен с входом второго детектора мощности, перестраиваемая линия задержки, первый вход которой соединен с вторым выходом блока управления компенсацией, второй вход со вторым выходом четвертого делителя мощности, а выход с вторым входом сумматора.
Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, на которой обозначено: 1, 17 - первая и вторая приемные антенны, 2, 18, 10, 13, 25 - первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители, 3, 19, 12, 27 - первый, второй, третий и четвертый полосовые фильтры, 4, 20, 9, 22 - первый, второй, третий и четвертый делители мощности, 5, 23, 15 - первый, второй и третий детекторы мощности, 6 - дифференциальный усилитель, 7 - симметрирующий трансформатор, 8 - сумматор, 11, 26 - первый и второй смеситель, 14 - блок управления компенсацией, 16 - генератор промежуточной частоты, 21 - перестраиваемый аттенюатор, 24 - перестраиваемая линия задержки, 28 - аналого-цифровой преобразователь, 29 - блок цифровой обработки.
Подробное описание устройства.
Предлагаемое устройство можно условно разделить по следующим функциональным назначениям: приемный канал, опорный канал, тракт компенсации, аналого-цифровой преобразователь и блок цифровой обработки. Приемный канал предназначен для приема сигнала отраженного от радиолокационной цели. Приемный канал включает в себя блоки: 1, 2, 3, 4, 9, 10, 11, 12, 13. Опорный канал предназначен для приема прямого сигнала передатчика подсвета, опорный канал включает блоки: 17, 18, 19, 20, 26, 27. Тракт компенсации предназначен для подавления прямого сигнала передатчика в приемном канале, поступающего в приемный канал через антенну 1. Тракт компенсации включает в себя блоки 5, 6, 7, 8, 14, 15, 21, 22, 23, 24.
Назначение устройства - прием прямого сигнала передатчика подсвета и сигнала отраженного от радиолокационной цели, компенсация прямого сигнала передатчика в приемном канале.
Компенсация прямого сигнала передатчика в приемном канале достигается тем, что сигнал передатчика подсвета, принимаемый опорным каналом проходит через тракт компенсации, и складывается с сигналом, просочившимся в приемный канал по боковому лепестку диаграммы направленности. Параметры компенсирующего тракта настраиваются таким образом, чтобы сигналы на входе сумматора имели одинаковую задержку и ослабление но при этом были в противофазе.
Приемной антенной 1 принимается сигнал отраженный от радиолокационной цели в смеси с прямым сигналом от передатчика, поступающего по боковому лепестку диаграммы направленности. Далее смесь сигналов проходит через усилитель 2, полосовой фильтр 3, делитель мощности 4. Приемной антенной 17 принимается прямой сигнал передатчика подсвета, в смеси с сигналом отраженным от радиолокационной цели, поступающим по боковому лепестку диаграммы направленности. Причем мощность сигнала передатчика подсвета поступающего в опорном канале значительно (>100 Дб) превосходит мощность сигнала отраженного от радиолокационной цели, принимаемого этой же антенной. Смесь опорного и отраженного сигналов проходят через блоки 18, 19 и 20, где производится усиление и фильтрация сигналов. С первого выхода делителя мощности 4 сигнал поступает на вход первого детектора мощности 5, далее на первый вход дифференциального усилителя 6. На второй вход дифференциального усилителя 6 поступает сигнал с выхода второго детектора мощности 23, предварительно прошедший через перестраиваемый аттенюатор 21 и четвертый делитель мощности 22. На выходе дифференциального усилителя 6 формируется сигнал пропорциональный разности мощностей с выходов первого и второго детекторов. Этот сигнал поступает на вход блока управления компенсацией 14, который формирует сигнал управления перестраиваемым аттенюатором 21. Блок 14 представляет из себя программируемый программно-аппаратный модуль, включающий вычислитель (процессор), блоки памяти, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. С выхода второго делителя мощности 22 сигнал поступает на второй вход перестраиваемой линии задержки 24 и далее на второй вход сумматора 8. На первый вход сумматора 8 поступает сигнал со второго выхода первого делителя мощности 4, прошедший через симметрирующий трансформатор 7 и снятый с его инвертирующего выхода, неинвертирующий выход не используется. В сумматоре производится сложение сигналов опорного и приемного каналов. Параметры перестраиваемого аттенюатора 21 и перестраиваемой линии задержки 24 настраиваются таким образом (с помощью блока 14), чтобы сигналы прямые сигналы передатчика принимаемые опорным и приемным каналом имели одинаковое ослабление и задержку, но при этом были в противофазе. Обратная связь для настройки перестраиваемой линии задержки осуществляется через третий делитель мощности 9 и третий детектор мощности 15. Линия задержки настраивается таким образом, чтобы сигнал на втором входе блока 14 свидетельствовал о минимальном значении мощности с выхода третьего детектора мощности 15.
С первого выхода делителя мощности 9, сигнал усиливается в блоке 10, производится перенос сигнала на промежуточную частоту с помощью смесителя 11, далее сигнал проходит через блоки 12 и 13, после чего поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 28, и далее в блок цифровой обработки 29. На вход пятого усилителя 25, сигнал опорного канала поступает с выхода второго делителя мощности 20, после чего производится перенос на промежуточную частоту в блоке 26 и фильтрация в блоке 27. С выхода блока 27 сигал опорного канала поступает на второй вход аналого-цифрового преобразователя 28 и далее в блок цифровой обработки 29.
Повышение уровня компенсации прямого сигнала передатчика поступившего в первую приемную антенну в сигнале, поступающем на первый вход аналого-цифрового преобразователя, по сравнению с прототипом, заключается в применении перестраиваемой линии задержки, которая позволяет точнее синхронизировать прямые сигналы передатчика подсвета, принимаемые в первой и второй приемными антеннами. Кроме этого замена перестраиваемого фазовращателя симметрирующим трансформатором позволяет повысить уровень компенсации при работе пассивной РЛС по широкополосному сигналу подсвета.
1. Jiabing Z., Liang Т., Yi Н. A direct path interference cancellation approach to passive radar based on FM radio transmitter // Electro/information Technology, 2006 IEEE International Conference on. - IEEE, 2006. - C. 55-59
2. Brown, James WA. FM airborne passive radar. Diss. UCL (University College London), 2013 pp. 69.
3. Wan H., Li S., Wang Z. Direct Path Interference Cancellation in FM Radio-Based Passive Radar // Signal Processing, 2006 8th International Conference on. - IEEE. - Т. 1.
4. Jain M. et al. Practical, real-time, full duplex wireless // Proceedings of the 17th annual international conference on Mobile computing and networking. - ACM, 2011. - C. 301-312.