КОМПЛЕКС ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКИ

Предлагаемое устройство, относится к области радиотехники и может быть использовано для физического моделирования помеховой обстановки с целью экспериментальных исследований ее воздействия на приемник РЛС с полной поляризационной обработкой, а также может служить источником сигналов для оценки возможностей систем радиотехнической разведки по обнаружению и оценке параметров принятых сигналов.
Известен ряд радиолокаторов, имеющих возможность определения радиолокационных характеристик различных объектов, в том числе на фоне подстилающей поверхности.
Известен генератор сигналов шумовой помехи [1] основными элементами которого являются пульт управления, блок памяти, блок формирования относительных координат цели, первое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), генератор синхросигналов, три блока синхронизации, второе ОЗУ, блок формирования максимальной интенсивности сигнала помехи, блок формирования текущей интенсивности сигнала помехи и блок формирования видеосигналов помехи.
Данное устройство предназначено для моделирования помеховой обстановки на экране индикаторного устройства радиолокационного средства. Достигаемый технический результат - формирование помеховой обстановки, аналогичной при работе радиолокационного средства в реальных условиях при наличии шумовой заградительной помехи.
К недостаткам данного устройства относиться отсутствие возможности прохождения помехи в реальной среде на фоне реальных объектов.
Так же известен имитатор радиолокационной обстановки [2] основными элементами которого являются блок управления, радиолокатор, первый и второй генераторы промежуточной частоты, первый и второй электронные ключи, сумматор.
Данное устройство предназначено для моделирования помеховой обстановки на экране индикаторного устройства обеспечении имитации сигналов, отраженных от движущихся и неподвижных целей
К недостаткам данного устройства относиться отсутствие возможности формирования помеховой обстановки в реальной среде, а так же отсутствие возможности анализа воздействия полнополяризационных помех на радиолокационные станции с различной поляризационной обработкой.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является физическая модель широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной радиолокационной станции с нефиксированной конфигурацией [3], которая выбрана в качестве прототипа.
Основными элементами физической модели широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной радиолокационной станции с нефиксированной конфигурацией являются приемная часть, передающая часть, многоканальная антенная система, управляющий компьютер.
Для обеспечения полной поляриметрии в радиолокационной станции используются независимые антенны с ортогональными линейными поляризациями. Использование двух антенн с разными поляризациями позволяет выяснить поляризационную структуру принимаемого сигнала и, тем самым, получить больше информации о цели.
В широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной радиолокационной станции с нефиксированной конфигурацией имеется возможность выбора линейной вертикальной или линейной горизонтальной поляризации. Передающие и приемные антенны совмещают функцию преобразования несущих частот, фильтрацию, усиления и прием/излучение радиосигналов. Формирование тактовых сигналов для модуля ЦОС, сигналов гетеродинов для передающих и приемных антенных модулей позволяет достичь высокой когерентности излучаемого и принимаемого сигналов. При этом данная радиолокационная станция может работать в режиме формирования/обработки радио-сигналов с линейной горизонтальной, вертикальной и смешанной поляризацией.
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности экспериментальной оценки помехоустойчивости радиолокационной станции и эффективности алгоритмов помехозащиты.
Целью предполагаемого изобретения является создание комплекса полунатурного моделирования помеховой обстановки с возможностью радиоэлектронной разведки местности, создания активных помех системам радиолокационным станциям, генерации широкого класса сигналов для радиоэлектронного подавления систем связи, моделирования помеховой обстановки окружающей среды навигации и радиолокации, тестирования систем радиотехнической разведки, что в свою очередь даст возможность экспериментального исследования качества воздействия полнополяризационных помех на радиолокационные станции с различной поляризационной обработкой.
Поставленная цель достигается тем, что в известную модель широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной РЛС с нефиксированной конфигурацией содержащую приемную часть, передающую часть, многоканальную антенную систему, управляющий компьютер, причем согласна патента, передающая часть состоит из последовательно соединенных узла цифровой обработки сигналов и цифроаналогового преобразователя, соединенного с первым усилителем промежуточной частоты, выход первого усилителя промежуточной частоты соединен с первым входом первого перемножителя, выход первого перемножителя соединен со входом полосового фильтра, выход полосового фильтра через первый усилитель соединен со входом первого аттенюатора, имеющего дополнительно вход управления, выход первого аттенюатора соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен со входом первого разветвителя, имеющего два выхода, первый выход первого разветвителя соединен с первым переключателем, имеющим вход управления, второй выход первого разветвителя соединен со вторым переключателем, имеющим вход управления, причем оба переключателя имеют два выхода, выходы первого и второго переключателей соединены со входами ортогональных излучателей горизонтальной и вертикальной плоскости поляризации первой и второй передающей антенны многоканальной антенной системы соответственно; приемная часть состоит из двух приемных антенн многоканальной антенной системы, выходы излучателей горизонтальной и вертикальной плоскости поляризации которых соединены с первым и вторым входами третьего и четвертого переключателей соответственно, каждый из которых имеет вход управления, выходы третьего и четвертого переключателей соединены со входами третьего и четвертого усилителей соответственно, выходы усилителей соединены с первым и вторым входами суммарно-разностного моста, суммарный и разностный выходы которого соединены с первым и вторым входами пятого переключателя, который снабжен входом управления, выход пятого переключателя соединен со входом пятого усилителя, выход которого через второй аттенюатор, снабженный входом управления, соединен с первым входом второго перемножителя, выход второго перемножителя соединен со входом фильтра нижних частот, выход фильтра соединен через второй усилитель промежуточной частоты со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом узла цифровой обработки сигналов; управляющий компьютер соединен с узлом цифровой обработки сигналов, который имеет управляющие выходы, первый из которых соединен со входом управления первого переключателя, второй - со входом управления второго переключателя, третий - со входом управления третьего переключателя, четвертый - со входом управления четвертого переключателя, пятый - со входом управления пятого переключателя, шестой - со входом управления первого аттенюатора, седьмой - со входом управления второго аттенюатора, восьмой со входом синтезатора частоты; выход синтезатора частоты через шестой усилитель и третий аттенюатор соединен со входом второго разветвителя, который имеет два выхода, первый выход второго разветвителя соединен со вторым входом первого перемножителя, второй выход второго разветвителя соединен со вторым входом второго перемножителя, дополнительно вводится в передающую часть известного устройства узел формирования полосового гауссовского шума.
Конструкция физической модели поясняется чертежом:
Фиг. 1. - Структурная схема физической модели комплекса полунатурного моделирования помеховой обстановки (КПМПО).
На фиг. 1 обозначены управляющий компьютер 1, узел цифровой обработки сигналов (ЦОС) 2, имеющий десять выходов управления, аналого-цифровой преобразователь 3, цифроаналоговый преобразователь 4, узел формирования полосового гауссовского шума, состоящий из: первого источника шума 5, второго источника шума 6, первого аттенюатора 7, первого переключателя 8, второго переключателя 9, первого разветвителя 10, первого фильтра высоких частот 11, второго фильтра высоких частот 12, первого усилителя 13, второго усилителя 14, первого фильтра низких частот 15, второго фильтра низких частот 16, третий переключатель 17, первый усилитель с изменяемым коэффициентом усиления 18, второй усилитель с изменяемым коэффициентом усиления 19, первый перемножитель 20, второй перемножитель 21, первый полосовой фильтр 22, второй полосовой фильтр 23, третий усилитель 24, четвертый усилитель 25, второй аттенюатор 26, третий аттенюатор 27, пятый усилитель 28, шестой усилитель 29, передающая антенна 30, приемная антенна 31, седьмой усилитель 32, восьмой усилитель 33, четвертый аттенюатор 34, пятый аттенюатор 35, третий перемножитель 36, четвертый перемножитель 37, третий фильтр нижних частот 38, четвертый фильтр нижних частот 39, первый усилитель промежуточной частоты 40, второй усилитель промежуточной частоты 41, синтезатор частоты 42, девятый усилитель 43, шестой аттенюатор 44, второй разветвитель 45.
Физическая модель комплекса полунатурного моделирования помеховой обстановки состоит из приемной и передающей частей, управляющего компьютера.
Передающая часть состоит из узла ЦОС 2, цифроаналогового преобразователя 4, соединенного 2-я каналами с 3-м и 4-м входами третьего переключателя 17, первый источник шума 5, последовательно соединенный с первым аттенюатором 7, первым переключателем 8 имеющего дополнительный вход управления, вторым переключателем 9 имеющего дополнительный вход управления и соединенного вторым выходом с первым разветвителем 10, первым фильтром высоких частот 11, первым усилителем 13, первым фильтром низких частот 15 и поступающего на первый вход третьего переключателя 17, второй источник шума соединенный последовательно с первым разветвителем сигнала 10, со вторым фильтром высоких частот 12, вторым усилителем 14, вторым фильтром низких частот 16 и поступающего на третий переключатель 17 имеющего дополнительный вход управления. Третий переключатель 17 имеет 2 выхода, первый выход последовательно соединен с первым усилителем с нефиксированным коэффициентом усиления 18, имеющим дополнительный вход управляющего сигнала, первым перемножителем 20, первым полосовым фильтром 22, третьим усилителем 24, вторым аттенюатором 26, имеющим дополнительный вход управляющего сигнала, пятым усилителем 28, излучателем передающей антенны 30 вертикальной плоскости поляризации 30-В. Второй выход третьего переключателя 17 последовательно соединен со вторым усилителем с нефиксированным коэффициентом усиления 21, вторым перемножителем 21, вторым полосовым фильтром 23, четвертым усилителем 25, третьим аттенюатором 27, имеющим дополнительный вход управляющего сигнала, шестым усилителем 29, излучателем передающей антенны 30 горизонтальной плоскости поляризации 30-Г. Передающая антенна 30 имеет ортогональные излучатели вертикальной 30-В и горизонтальной 30-Г плоскостей поляризации.
Приемная часть состоит из приемной антенны 31, имеющей ортогональные излучатели вертикальной 31-В и горизонтальной 31-Г плоскостей поляризации. Первый выход приемной антенны 31, последовательно соединен с седьмым усилителем 32, четвертым аттенюатором 34 имеющим дополнительный вход управляющего сигнала, третьим перемножителем 36, третьим фильтром нижних частот 38, первым усилителем промежуточной частоты 40, первым входом аналого-цифрового преобразователя 3. Второй выход приемной антенны 31, последовательно соединен с восьмым усилителем 33, пятым аттенюатором 35, имеющим дополнительный вход управляющего сигнала, четвертым перемножителем 37, четвертым фильтром нижних частот 39, вторым усилителем промежуточной частоты 41, вторым входом аналого-цифрового преобразователя 3.
Управляющий компьютер 1 соединен с устройством цифровой обработки сигналов 2, которое в свою очередь соединено с цифро-аналоговым преобразователем 4 двумя каналами и аналого-цифровым преобразователем 3 двумя каналами, и имеет управляющие выходы, первый из которых соединен с третьим переключателем 17, второй - со входом управления первого переключателя 7, третий - со входом управления второго переключателя 9, четвертый - со входом управления усилителя с нефиксированным коэффициентом усиления 18, пятый - со входом управления усилителя с нефиксированным коэффициентом усиления 19, шестой - со входом управления второго аттенюатора 26, седьмой - со входом управления третьего аттенюатора 27, восьмой - со входом управления четвертого аттенюатора 34, девятый - со входом управления пятого аттенюатора 35, десятый - со входом управления синтезатора частот 42. Выход синтезатора частот 45 через девятый усилитель 43 и шестой аттенюатор 44 соединен со входом второго разветвителя 45, который имеет четыре выхода, первый выход второго разветвителя 45 соединен со вторым входом первого перемножителя 20, второй выход второго разветвителя 45 соединен со вторым входом второго перемножителя 21, третий выход второго разветвителя 45 соединен со вторым входом третьего перемножителя 36, четвертый выход второго разветвителя 45 соединен со вторым входом четвертого перемножителя 37.
Устройство работает следующим образом. На управляющем компьютере 1 задаются параметры реализуемого алгоритма формирования и обработки сигналов. С выхода компьютера 1 параметры в виде команд передаются на узел цифровой обработки сигналов 2. В узле 2 происходит обработка поступающих от компьютера команд, формирование сигналов управления и передача их на соответствующие выходы управления. Первый выход сигнала управления служит для выбора на третьем переключателе режима работы устройства, методом формирования сигнала в цифровом виде или на устройстве формирования гаусового шума. Второй и третий выходы сигнала управления соединены с переключателями 8 и 9, соответственно для задания вертикального, горизонтального и смешанных режимов поляризации путем подачи на данные переключатели соответствующих радиоключей. Четвертый и пятый выходы сигналов управления соединены с усилителями с изменяемым коэффициентом усиления 18, 19 и служат для изменения амплитуды излучаемого сигнала.
Также командами с управляющих выходов устройства цифровой обработки сигналов задается несущая частота, посредством передачи сигнала управления 10 на синтезатор частот 42, который на своем выходе формирует сигнал опорной частоты. Через усилитель 43 и аттенюатор 44 сигнал опорной частоты поступает на разветвитель 45, где разделяется на четыре канала и с выходов разветвителя 45 подается на перемножители передающей и приемной частей физической модели (первый перемножитель 20, второй перемножитель 21, третий перемножитель 36 и четвертый перемножитель 37 соответственно).
Передающая часть физической модели комплекса полунатурного моделирования помеховой обстановки предназначена для формирования шумоподобного радиосигнала с управляемым вектором поляризации. На управляющем компьютере 1 задаются параметры зондирующего сигнала, которые подаются на устройство цифровой обработки сигналов 2, при этом возможно два способа формирования сигнала. При первом способе формирование зондирующих сигналов осуществляется в цифровом виде, для каналов вертикальной и горизонтальной поляризации с последующим преобразованием в аналоговый сигнал на промежуточной частоте при помощи цифро-аналогового преобразователя 4. Сформированные на выходе цифроаналогово преобразователя 4 сигналы промежуточной частоты поступают на переключатель 17. При втором способе формирование зондирующих сигналов осуществляется в узле формирования полосового гауссового шума, путем формирования сигнала в первом и втором источнике шума 5 и 6. При этом сформированный сигнал в первом источнике шума 5 поступает через аттенюатор 7 и первый переключатель 8 на второй переключатель 9, где происходит разделение сигнала на первый и второй каналы соответственно. Сигнал первого канала последовательно передается со второго переключателя 9 через первый фильтр высоких частот 11, первый усилитель 13, первый фильтр низких частот 15, на третий переключатель 17. Сигнал второго канала последовательно передается с первого разветвителя 10 через второй фильтр высоких частот 12, второй усилитель 14, второй фильтр низких частот 16, на третий переключатель 17. Затем сигналы, поступившие по двум каналам на третий переключатель 17 с цифроаналогового преобразователя 4 либо с устройства формирования полосового гаусового шума, передаются на каналы, соединенные с излучателями антенн вертикальной 30-В и горизонтальной 30-Г поляризации.
В канале вертикальной поляризации сигнал подается на первый управляемый усилитель с нефиксированным коэффициентом усиления 18, при помощи которого возможна регулировка амплитуды сигнала. Далее сигнал поступает на первый вход перемножителя 20, на другой вход которого подан сигнал с синтезатора частот 42. С выхода перемножителя 20 преобразованный сигнал подается на полосовой фильтр 22, при помощи которого выделяется зондирующий радиосигнал на несущей частоте. С выхода полосового фильтра 22 сигнал через усилитель 24, управляемый аттенюатор 26 и усилитель 28 подается на излучатель передающей антенны 30 вертикальной плоскости поляризации 30-В.
В канале горизонтальной поляризации сигнал подается на второй управляемый усилитель с нефиксированным коэффициентом усиления 19 при помощи которого возможна регулировка амлитуды сигнала. Далее сигнал поступает на первый вход перемножителя 21, на другой вход которого подан сигнал с синтезатора частот 42. С выхода перемножителя 21 преобразованный сигнал подается на полосовой фильтр 23, при помощи которого выделяется зондирующий радиосигнал на несущей частоте. С выхода полосового фильтра 23 сигнал через усилитель 25, управляемый аттенюатор 27 и усилитель 29 подается на излучатель передающей антенны 30 горизонтальной плоскости поляризации 30-Г. Передающая антенна 30 излучает сигнал заданной поляризации.
Приемная часть предназначена для согласованного поляризационного приема отраженных сигналов. Согласованность достигается путем приема сигналов на вибраторы горизонтальной 31-Г и вертикальной 31-В плоскости поляризации приемной антенны 31. Сигналы после согласованного поляризационного приема антенной 31 проходят параллельно по каналу вертикальной поляризации и каналу горизонтальной поляризации.
Сигнал в канале горизонтальной поляризации проходит через малошумящий усилитель 32, четвертый аттенюатор 34, и поступает на первый вход третьего перемножителя 36, на второй вход которого подан сигнал опорной частоты. С выхода перемножителя 36 преобразованный сигнал поступает на фильтр нижних частот 38, на выходе которого выделяется принятый радиосигнал на промежуточной частоте. Далее сигнал через усилитель промежуточной частоты 40 поступает на аналого-цифровой преобразователь 3.
Сигнал в канале вертикальной поляризации проходит через малошумящий усилитель 33, пятый аттенюатор 35, и поступает на первый вход четвертого перемножителя 37, на второй вход которого подан сигнал опорной частоты. С выхода перемножителя 37 преобразованный сигнал поступает на фильтр нижних частот 39, на выходе которого выделяется принятый радиосигнал на промежуточной частоте. Далее сигнал через усилитель промежуточной частоты 41 поступает на аналого-цифровой преобразователь 3.
После преобразования сигналов с каналов горизонтальной и вертикальной поляризации, цифровые сигналы подаются на узел цифровой обработки 2 и на управляющий компьютер 1 для дальнейшего анализа и обработки.
Основным элементом узла ЦОС является программируемая логическая схема (ПЛИС), реализуемая структура которой определяется конфигурационной прошивкой и может быть любой в рамках технических характеристик ПЛИС. Конфигурационная прошивка ПЛИС, определяющая технические характеристики каналов приема и передачи, хранится в управляющем компьютере и с него загружается в ПЛИС, что обеспечивает гибкую реконфигурируемость приемно-передающих трактов - их адаптацию для решения различных задач. Аналогичными свойствами обладает программное обеспечение управляющего компьютера. Таким образом, реализуется технология радиотехнической системы с нефиксированной конфигурацией.
Благодаря описанной структуре управления антеннами и узлом ЦОС физическая модель имеет следующие функциональные возможности:
- формирование и излучение в Х-диапазоне высокочастотных сигналов от наносекунд до квазинепрерывных с различными видами модуляции: простые радиоимпульсы, линейно-частотно-модулированные радиоимпульсы, фазово-кодово-модулированные радиоимпульсы, шумовые сигналы с аналоговым либо цифровым формированием;
- излучение и прием высокочастотных сигналов в полно поляризационном режиме с различными режимами поляризационной модуляции;
- согласованный прием отраженных сигналов, их преобразование на промежуточную частоту, отображение и запись для дальнейших исследований;
- анализ принятых сигналов и оценка их параметров в управляющем компьютере;
- физическое моделирование помеховой обстановки с целью экспериментальных исследований ее воздействия на приемник РЛС с различной поляризационной обработкой;
- обеспечение гибкой (адаптивной) реконфигурации структуры РЛС путем программного (адаптивного) управления функциональными узлами РЛС, что позволяет исследовать различные алгоритмы формирования и обработки сигналов;
- цифровое формирование и обработка сигналов на промежуточной частоте в полосе fпр ≈ 1,4-2,2 ГГц, что позволяет получить фазовые соотношения принятых сигналов и исследовать показатели качества разрешения, измерения и распознавания целей;
- комплекс также может служить источником сигналов для оценки возможностей систем РТР по обнаружению и оценке параметров принятых сигналов.
Описанная физическая модель комплекса полунатурного моделирования помеховой обстановки может быть осуществлена с применением известных в области радиоэлектроники устройств и элементов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Генератор сигналов шумовой помехи: Патент на изобретение №2193214/ Даль B.C., Бондарев А.П., Мегеря С.Г., Музалевский А.В., Петерков В.А., Яськов С.Н. - РФ, заявл. 15.05.2001; зарегистр. 20.11.2002. Бюл. №32.
2. Имитатор радиолокационной обстановки: Патент на полезную модель №52196/ Елягин С.В., Ботов А.А. - РФ, заявл. 29.09.2005; зарегистр. 10.03.2006 Бюл. №7.
3. Физическая модель широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной радиолокационной станции с нефиксированной конфигурацией: Патент на полезную модель №139876 /Кабачев Д.С., Погребной Д.С., Фасоляк Е.А., Туров В.Е., Зюзин А.В., Кренев А.Н. - РФ, заявл. 27.12.2013; зарегистр. 27.04.2014 Бюл. №12.