АКТИВНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОРТОГОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТНОЙ 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, 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.
Наиболее близким к заявляемому устройству является активная радиолокационная система, приведенная в описании изобретения под названием "Radar apparatus" [2]. Устройство содержит блок цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с последовательно соединенными цифроаналоговым 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 используются 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, 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, содержащейся в радиолокационных сигналах.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок формирования и обработки сигнала, цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом блока формирования и обработки сигнала, первый смеситель, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, усилитель мощности, вход которого соединен с выходом первого смесителя, передающую антенну, приемную антенну, малошумящий усилитель, второй смеситель, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом второго смесителя, а выход с входом блока обработки и формирования сигнала, опорный генератор, выход которого соединен с вторым входом первого смесителя и вторым входом второго смесителя, дополнительно вводится симметрирующий трансформатор, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, а первый выход с передающей 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 выходом приемной антенны, второй вход с выходом перестраиваемого аттенюатора, а выход с входом малошумящего усилителя.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, на которой обозначено: 1 - блок обработки и формирования сигнала, 2 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), 3, 12 - первый и второй смесители, 4 - усилитель мощности, 5 - симметрирующий трансформатор, 6 - передающая антенна, 7 - приемная антенна, 8 - перестраиваемая линия задержки, 9 - перестраиваемый аттенюатор, 10 - сумматор, 11 - малошумящий усилитель, 13 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 14 - опорный генератор.
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 модуляции. Данный вид модуляции широко используется в современных системах связи и позволяет производить демодуляцию сигнала и извлечение информации в условиях многолучевого распространения радиосигнала.
С выхода блока 1 радиосигнал поступает на вход цифроаналогового 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 14. Далее сигнал усиливается в усилителе мощности 4 и поступает на вход симметрирующего трансформатора 5. С первого выхода симметрирующего трансформатора сигнал поступает в передающую антенну 6 и излучается в окружающее пространство. Приемной антенной 7 принимается прямой сигнал передатчика подсвета, в смеси с сигналом, отраженным от радиолокационной цели, поступающим по боковому лепестку диаграммы направленности, и далее смесь сигналов поступает на первый вход сумматора 10. Причем мощность сигнала собственного передатчика, поступающего в приемный канал, может значительно (>100 дБ) превосходить мощность сигнала, отраженного от радиолокационной цели, принимаемого этой же антенной. На второй вход сумматора 10 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. С неинвертирующего выхода симметрирующего трансформатора 5 сигнал поступает на вход передающей антенны 6, а инверсный сигнал с второго выхода симметрирующего траснформатора 5 проходит через перестраиваемую линию задержки 8 и перестраиваемый аттенюатор 9, где производится его задержка и ослабление. Этот сигнал является компенсирующим, с помощью перестраиваемой линии задержки и перестраиваемого аттенюатора производится его задержка и ослабление, таким образом, чтобы, поступая на второй вход сумматора 10, компенсирующий сигнал был синхронен и имел одинаковую амплитуду с сигналом передатчика, поступающим на первый вход сумматора 10, но при этом в противофазе. Настройка перестраиваемой линии задержки 8 и перестраиваемого аттенюатора 9 может производиться в ручном либо автоматическом режиме. В сумматоре 10 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 [3].
С выхода сумматора 10 сигналы, отраженные от радиолокационной цели, поступают на вход малошумящего усилителя 11, где производится усиление. Далее в смесителе производится перенос сигнала на низкую частоту, после чего сигналы оцифровываются в блоке 13. Обработка радиолокационного сигнала, в том числе обнаружение радиолокационных целей, производится в блоке 1 обработки и формирования сигнала. Для обработки сигналов могут быть применены различные подходы и методы, к примеру корреляционный, методы сверхразрешения 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 30 дБ по сравнению с прототипом.
1. Пат. US № 6,888,494 В2, МПК G01S 13/93. FMCW radar system. Опубл. 03.05.2005.
2. Пат. US № 9,013,347 В2, МПК G01S 13/74. Radar apparatus. Опубл. 18.10.2012.
3. Nee R., Prasad R. OFDM for wireless multimedia communications. - Artech House, Inc., 2000.
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.