ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО РЛС
NOISE-PROOF RADAR RECEIVER

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и радиолокации и может быть использовано в устройствах защиты от комбинированных помех приемных каналов радиолокационных станций: шумовой помехи по боковым лепесткам антенны, пассивной, ответной (ретрансляционной), воздействующей по боковым лепесткам антенны и импульсной (типа ХИП).
Методы поляризационной защиты не рассматриваются.
Аналогичное приемное устройство РЛС с защитой от нескольких видов помех (пассивной и импульсной) описано в [1] стр. 19, информационном бюллетене "Радиоэлектроника за рубежом", выпуск 19, 1983 г. под названием "Приемная система РЛС обнаружения и сопровождения фирмы "SELENIA".
На рис. 1 представлена часть функциональной схемы приемника РЛС фирмы "SELENIA" для режима обнаружения и состоит из последовательно включенных когерентного детектора, устройства СДЦ, ограничителя, схемы сжатия кодированного сигнала, еще одного когерентного детектора и преобразователя напряжение-код.
Так как СДЦ (согласно рисунка цитируемого источника "аналоговая четырехимпульсная схема подавления помех") включена перед ограничителем, после которого следует согласованный фильтр (под названием "схема сжатия кодированного сигнала" в цитируемом источнике), то в рассматриваемом приемном устройстве может быть подавлена комбинированная помеха, состоящая из пассивной и импульсной помех, воздействующих по главному лепестку диаграммы направленности основной антенны.
Аналогичное техническое решение (сначала включена СДЦ, а за ней ограничитель и согласованный фильтр для подавления комбинированной помехи, состоящей из пассивной и ХИП) применено в авторском свидетельстве №138612 [3].
Однако с тем отличием, что эта комбинация помех подавляется в многоканальной системе, где обычный ограничитель заменен на адаптивный ограничитель (АО), ограничивающий сигналы с сохранением отношений их амплитуд в каналах.
Насколько можно судить по функциональной схеме в цитируемом источнике, другие комбинированные помехи, состоящие, например, из ответной по боковым лепесткам и пассивной не подавляются.
Другой вариант построения приемного устройства с защитой от комбинированных помех изложен в техническом описании РЛС СТ-68У, том 4, 1980 [2].
Устройство содержит основную антенну - 1 (антенну радиолокационной информации, сокращенно "РЛИ" согласно описанию), компенсационную антенну - 6 (антенну "приема бокового облучения", согласно описанию), автокомпенсатор помех - 3, устройство защиты (типа ШОУ-БАРУ) от нестационарных активных помех - 4 (типа ХИП), анализатор нестационарной активной помехи (НАП) - 8, устройство бланкирования и дискретного устройства СДЦ в виде процессора Фурье 5 (согласно описанию - устройства "дискретного преобразования сигналов РЛИ"), устройства фильтрации, усиления и преобразования - 2.7.
Структурная схема приемного устройства РЛС СТ-68У, содержащего указанные составные части, приведена на рис. 1.
По результатам анализа помеховой обстановки в случае наличия активной шумовой помехи по боковым лепесткам диаграммы направленности основной антенны включается автокомпенсатор помехи.
Если же анализатор НАП определяет наличие импульсной помехи (ИП) в результате приема по боковым лепесткам основной антенны, то вырабатывается импульс бланка ПБО, отключающий выход устройства СДЦ на время действия ИП.
Для защиты от импульсной помехи по главному лепестку включается ограничитель (система ШОУ, содержащая согласованный фильтр после ограничителя).
К недостаткам средств защиты от помех рассмотренной схемы приемного устройства РЛС следует отнести следующее:
1. В случае наличия комбинированной помехи, состоящей из пассивной и ответной по боковым лепесткам возникают сложности в определении моментов бланкирования, когда импульсы ответной (рентрансляционной) помехи перекрыты большим уровнем пассивной помехи (например, пассивная помеха на 40 дБ выше уровня собственных помех и шумов приемного канала, а ответная, соответственно, на 20 дБ.
2. В случае воздействия на приемное устройство одновременно пассивной помехи (ПП) и нестационарной (хаотической) импульсной помехи по главному лепестку, ограничитель будет нормировать суммарный уровень ПП и ХИП.
Когда пассивная помеха намного больше ХИП, то ограничитель будет нормировать пассивную помеху, а ХИП будет проходить на выход ограничителя линейно и, следовательно, система ШОУ не будет подавлять импульсную помеху.
3. В случае воздействия комбинации шумовой помехи по боковым лепесткам и ответной (ретрансляционной) по боковым лепесткам Дн основной антенны может оказаться, что уровень шумовой помехи в канале приема бокового облучения намного превышает уровень ответной, что затруднит или сделает невозможным определение определение моментов бланкирования на выходе СДЦ (процессора Фурье).
Таким образом, обеспечивается подавление комбинированной помехи, состоящей из двух помех, но не обеспечивается защита от комбинированной помехи, состоящей из шумовой помехи, пассивной помехи, ответной (ретрансляционной) и импульсной (типа ХИП).
Рассмотренное приемное устройство обладает возможностью подавлять некоторые комбинированные помехи, состоящие, например, из шумовой помехи, воздействующей по боковым лепесткам Дн основной антенны и пассивной помехи по основному лепестку или из шумовой помехи, воздействующей по боковым лепесткам Дн основной антенны и импульсной по основному лепестку Дн также основной антенны.
Но рассмотренное приемное устройство не обладает свойством подавить комбинированную помеху, состоящую из четырех вышеперечисленных помех.
По технической сути и по решаемой задаче приемное устройство на рис. 2, соответствующее части РЛС СТ-68У, наиболее близко к заявляемому.
Выберем его в качестве прототипа, недостатком которого является отсутствие помехозащищенности в условиях воздействия комбинированной помехи, состоящей из шумовой помехи, пассивной помехи, ответной (ретрансляционной) и импульсной (типа ХИП).
Целью настоящего изобретения является обеспечения помехозащиты, заключающейся в подавлении комбинированной помехи, состоящей из четырех типов помех: шумовой помехи по боковым лепесткам Дн основной антенны, пассивной по основному лепестку Дн основной антенны, ХИП по основному лепестку Дн основной антенны и ответной (ретрансляционной) по боковым лепесткам Дн основной антенны.
1
2
N+1
1
1
2
1
2
N+1
1
1
N+1
1
1
1
2
2
N
2
N+1
M
2
N
2
N
N+1
M
N+1
M
1
N
2
N
2
Поставленная цель достигается тем, что в известное приемное устройство, содержащее основную антенну АН.1 (1), компенсационную антенну некогерентной компенсации АН.2 (8), компенсационную антенну когерентной компенсации АН.N+1 (17), три устройства УФУП (УФУП, УФУП, УФУП), (2, 9, 18) включенных в каналы каждой из указанных антенн; многоканальный автоматический компенсатор помех АК.1 (3), включенный в канал основной антенны для защиты от шумовой помехи по боковым лепесткам Дн; фильтр ФСДЦ (4); ограничитель-регулятор ОР (5); согласованные фильтры основного канала и канала когерентной компенсации СФ, СФ (6, 13) и устройства бланкирования УБ (7), выходы каждой из антенн подсоединены к входам соответствующих УФУП, УФУП, УФУП, выход УФУП (2) подключен к основному входу АК (3), к компенсационному входу которого подключен выход УФУП (18) компенсационного канала когерентной компенсации; выход АК (3) подсоединен к входу фильтра ФСДЦ (4), выход которого подключен к одному из входов ограничителя-регулятора ОР (5), каждый из выходов которого через соответствующие согласованные фильтры СФ (6), СФ (13), подключены к входам устройства бланкирования УБ (7), выход которого является выходом устройства, дополнительно введены: N-1 многоканальных автоматических компенсаторов Ак…Ак (10, 16), каждый из которых включен в соответствующий канал некогерентной компенсации; фильтр селекции ФСДЦ (12) в суммарном канале некогерентной компенсации, сумматор Σ (11) компенсационных каналов некогерентной компенсации; M-3 устройств фильтрации усиления и преобразования частоты УФУП (18, 21), разветвители компенсационных каналов Р…Р (19, 22) когерентной компенсации, M-N-1 компенсационных антенн когерентной компенсации, включенных таким образом, что основные входы каждого из Ак…Ак (10, 16) подсоединены к выходам соответствующих УФУП…УФУП (9, 15), выходы УФУП…УФУП (18, 21) подключены ко входам соответствующих разветвителей Р…Р (19, 22), выходы каждого из которых подсоединены к соответствующим компенсационным входам автокомпенсаторов Ак…Ак (3, 10, 16), а выходы автокомпенсаторов Ак…Ак (10, 16) подключены ко входам сумматора Σ (11) выход которого подключен ко входу фильтра селекции ФСДЦ (12) выход которого подсоединен ко второму входу ограничителя-регулятора ОР (5). Таким построением может быть решена задача (как будет показано ниже) работы устройства в условиях воздействие комбинированной, состоящей из шумовой помехи по боковым лепесткам Дн основной антенны, пассивной по основному лепестку Дн основной антенны, ХИП по основному лепестку ДН и ответной (ретрансляционной) по боковым лепесткам ДН основной антенны.
Компенсационный канал некогерентной компенсации вводится в приемное устройство РЛС с целью защиты от приема сигналов от целей по боковым лепесткам диаграммы направленности основной антенны.
Однако по компенсационному каналу некогерентной компенсации могут проходить сигналы от постановщиков шумовых помех и пассивные помехи.
Поэтому введение в компенсационный канал некогерентной компенсации автоматического компенсатора шумовой помехи, устройства селекции движущихся целей для защиты от пассивной помехи и устройства типа ШОС для зашиты от импульсных помех позволяет "очистить" канал от перечисленных помех и производить сравнение сигналов от целей, принятых боковыми лепестками диаграммы направленности основной антенны.
Авторам неизвестны технические решения с рассматриваемой совокупностью отличительных признаков заявляемого объекта, следовательно, можно сделать вывод о существенности отличий предложенного технического решения.
1
2
М
1
M
1
M
1
1
2
1
2
На рис. 3 приведена структурная схема предлагаемого приемного устройства, состоящего из основной антенны Ан (1) и компенсационных антенн некогерентной и когерентной компенсации Ан…Ан (8, 20) входы которых являются входами устройства, а выходы соединены со входами устройств фильтрации, усиления и преобразования УФУП…УФУП (2, 9, 15, 18, 21), автоматических компенсаторов шумовой помехи Ак…Ак (3, 10, 16) выходы которых соединены соответственно с входами фильтра селекции движущихся целей ФСДЦ (4) и сумматора Σ (11); устройств допплеровской селекции движущихся целей ФСДЦ (4) и ФСДЦ (12), выходы которых соединены соответственно со входами ограничителя-регулятора ОР (5), выходы которого соединены со входами фильтров согласованные фильтрации СФ (6) и СФ (13), выходы которых соединены со входами устройства бланкирования УБ (7), выход которого является выходом всего приемного устройства.
1
2
М
1
N
1
2
Конструктивно основная антенна Ан (1) может быть выполнена в виде параболической антенны (4) Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства, М., Связь, 1977 г., стр. 263-274, или в виде ФАР (4) стр. 173-190, компенсационные антенны Ан…Ан (8, 14, 17, 20) - в виде группы диполей (4) стр. 173, 190; автоматические компенсаторы шумовой помехи Ак…Ак (3, 10, 16) - в виде автокомпенсаторов на промежуточной частоте (5) Рябоконь И.П., Заика А.Т. "Проектирование автоматических компенсаторов" Радиотехника, №6, 1983 г., стр. 32-34; допплеровские фильтры селекции движущихся целей ФСДЦ (4) и ФСДЦ (12) - на линиях задержки на промежуточной частоте (6). Справочник по радиолокации в 4-х томах. Перевод с англ., том. 3. Сов. радио, 1979 г., стр. 311, 317, ограничитель-регулятор - это устройство обработки сигналов, выполняющее следующие функции:
1) режим жесткого ограничения для входных сигналов и таким образом обеспечивается защита типа ШОС от импульсных помех;
2) сохраняет одинаковые отношения амплитуд двух сигналов на входе и выходе устройства обработки в режиме ограничения.
Устройство обработки с такими функциями может быть выполнено различными способами.
Один из вариантов реализации такого устройства описан в статье (7) Рубина, Камена "Новый метод построения схем сравнения в моноимпульсной радиолокации, Зарубежная радиоэлектроника №8, 1965 г., с. 30-42, под названием "одноканальное устройство обработки сигнала".
Другой вариант исполнения устройства обработки с указанными функциями представлен в заявке (3) авторов Золотоверхов Е.В. и др. в составе следующих функциональных устройств: амплитудные детекторы 13, 14, устройства выделения максимума 15, вычислитель обратной величины 16, линии задержки 3, 4, управляемые аттенюаторы 5, 6. При этом благодаря совместной работе вычислителя 16 и аттенюаторов 5, 6 осуществляется стабилизация уровней сигналов и импульсных помех. Устройство выделения максимума 15 обеспечивает сохранение идентичности коэффициентов передачи каналов при произвольном отношении уровней сигналов и помех в каналах; фильтры согласованной фильтрации - например, для ЛЧМ сигнала на дисперсионных линиях задержки, устройство бланкирования - на видеочастоте (2).
Прежде, чем рассматривать работу предлагаемого устройства, уточним возможные режимы работы автоматических компенсаторов шумовой помехи.
Для успешного подавления шумовых помех в автоматических автокомпенсаторах необходимо обеспечение одного из следующих режимов работы:
1. Настройка автокомпенсаторов на подавление шумовой помехи производится в моменты времени, когда отсутствует пассивная помеха.
Например, в конце дистанции либо до излучения передатчика РЛС с ФАР, но после установки луча Дн антенны на прием в нужное направление, при этих условиях пассивная помеха не влияет на подавление шумовой помехи.
2. Ширина спектра шумовой помехи шире спектра сигнала, что обычно имеет место на практике. В этом случае автокомпенсатор может быть настроен таким образом, чтобы работать по спектральным компонентам помехи, лежащих вне полосы сигнала, и следовательно, вне полосы пассивной помехи.
Такой автокомпенсатор установлен в приемной системе РЛС СТ-68У. В этом случае наличие пассивной помехи также не влияет на подавление шумовой помехи.
1
2
3
Для наглядности рассмотрим приемное устройство на рис. 3, содержащее основную антенну Ан, диаграмма направленности которой представлена на рис. 4а, одну компенсационную антенну Aн некогерентной компенсации, Дн которой представлена на рис. 4б, одну компенсационную антенну Ан некогерентной компенсации, Дн которой в направление на шумовую помеху представлена на рис. 4в.
1
2
3
1
1
Пусть на входы антенн Ан, Aн, Ан такого приемного устройства воздействует комбинированная помеха, состоящая из шумовой помехи по боковому лепестку Дн антенны Ан (рис. 4а), пассивной помехи и ответной (ретрансляционной), воздействующей по боковому лепестку Дн антенны Ан (рис. 4а).
1
1
2
2
В результате работы автокомпенсатора Ак в Дн основной антенны Ан образуется "нуль" в направлении на шумовую помеху (рис. 4г). В результате работы автокомпенсатора Ак в Дн компенсационной антенны Ан (рис. 4б) образуется "нуль" в направление на шумовую помеху (рис. 4д).
1
2
1
2
Таким образом, на выходе автокомпенсаторов Ак и Ак шумовая помеха подавлена. В дальнейшем считаем, что в ФСДЦ и ФСДЦ подавляется пассивная помеха. На входах ограничителя-регулятора (ОР) присутствуют только импульсные помехи типа ХИП и полезные сигналы (или помехи, совпадающие по структуре с сигналом). Они ограничиваются в ограничителе-регуляторе приблизительно по уровню собственного шума и поступают на согласованные фильтры.
Для наглядности рассмотрим согласованные фильтры в виде фильтров сжатия. В них помехи типа ХИП не сжимаются и остаются на уровне собственного шума или ниже его и поэтому не превысят порога. Полезные сигналы сжимаются и становятся по уровню намного больше собственного шума приемного устройства. Также сжимаются ретрансляционные (ответные) помехи, в точности повторяющие форму полезных сигналов.
Но в устройстве бланкирования УБ сравнивая по уровню сигналы основного и компенсационного каналов, можно определить основным ли лепестком Дн основного канала приняты сигналы или боковым.
Таким образом, можно отфильтровать ретрансляционные помехи, принятые боковыми лепестками Дн основного канала.
2
N+1
M
Итак, введение в известное устройство N-1 автокомпенсаторов, сумматора Σ компенсационных каналов, M-3 устройств УФУП, второго фильтра селекции ФСДЦ, разветвителей Р…Р, N-2 компенсационных антенн некогерентной компенсации, M-N-1 компенсационных антенн когерентной компенсации, подключенных в известном устройстве согласно описанной выше методике позволило обеспечить помехозащищенность приемного устройства в условиях воздействия комбинированных помех.
В современных условиях именно обеспечение помехозащищенности является основой перспективности данного технического решения в построении приемных трактов активных РЛС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Приемная система РЛС обнаружения и сопровождения фирмы "SELENIA" "Радиоэлектроника за рубежом", Информ. бюл. №19, 1983 г.
2. Техническое описание РЛС СТ-68У, том №4, 1980 г.
3. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства, М., Связь, 1977 г.
4. Рябоконь И.П., Заика А.Т. "Проектирование автоматических компенсаторов", "Радиотехника", №6, 1983 г.
5. Справочник по радиолокации, в 4-х томах. Перев. с англ. - Т.3, Сов. Радио, 1979 г.
6. Рубин, Камен "Новый метод построения схем сравнения в моноимпульсной радиолокации". Зарубежная радиоэлектроника, №8, 1965 г.