ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЛИНЕЙНЫЙ РАДИОЛОКАТОР
PULSED NONLINEAR RADAR

Изобретение относится к техническим средствам охраны и может быть использовано для поиска радиоуправляемых взрывных устройств (РВУ).
В настоящее время разработано большое количество приборов для поиска радиоэлектронных устройств [1, 2, 4].
Уверенно идентифицировать радиосигнал можно с помощью сканирующего приемника [1]. Повысить эффективность использования приемника можно благодаря соединению его с портативным частотомером. В этом случае частотомер регистрирует излучение в ближней зоне, автоматически перестраивает приемник на найденную частоту и дает возможность прослушать найденный сигнал.
Намного удобнее пользоваться анализаторами спектра. При их использовании оператор имеет возможность не только прослушивать сигнал, но и визуально его фиксировать. При определенном опыте оператор по форме сигнала, его амплитуде и расположению в частотном диапазоне может уверенно отнести его к известным или подозрительным. Некоторые анализаторы позволяют наблюдать картину распределения сигналов в довольно широкой полосе частот (несколько сотен мегагерц) и позволяют оперативно регистрировать новые опасные источники радиоизлучений.
Однако применение сканирующих приемников не позволяет обнаруживать устройства неизлучающие и устройства, работающие на прием, а тем более частоту, на которую настроен входной колебательный контур приемного устройства РВУ.
Использование импульсных нелинейных радиолокаторов [2] позволяет обнаруживать скрытно установленные, не излучающие в данный момент радиосигнал, электронные устройства.
Для поиска радиоуправляемых взрывных устройств применяются импульсные нелинейные радиолокаторы (ИНРЛ) [2, 3].
Принцип действия импульсных нелинейных радиолокаторов основан на эффекте возбуждения р-n перехода полупроводника при попадании его в зону мощного радиоизлучения. Все электронные изделия в своем составе имеют полупроводники: микросхемы, транзисторы, диоды, поэтому зондирование данных изделий мощным радиосигналом приводит к возбуждению р-n перехода полупроводника и переизлучению сигнала, а нелинейный характер вольтамперной характеристики р-n перехода приводит к появлению множества гармоник на частотах, кратных частоте зондирующего сигнала. Согласно гармоническому ряду амплитуда второй гармоники будет превышать амплитуду третьей.
Регистрируя с помощью приемника импульсного нелинейного радиолокатора сигналы на частотах, соответствующих второй и третьей гармоникам, и наблюдая картину уменьшения амплитуды сигнала в сторону высших гармоник, с определенной уверенностью можно отнести исследуемый объект к радиоэлектронному средству. Таким образом, при облучении радиоэлектронных устройств в спектре переизлученного сигнала, как правило, преобладают четные гармонические составляющие зондирующего излучения (2-я гармоника).
Полупроводниковыми свойствами обладают также контакты металлических предметов, особенно подвергнувшихся коррозии. При облучении таких объектов в спектре переизлученного сигнала, как правило, преобладают нечетные гармонические составляющие зондирующего излучения (3-я гармоника).
По соотношению уровней сигналов откликов на частотах второй и третьей гармоник частоты зондирования можно отличать объекты, содержащие электронные схемы с полупроводниковыми элементами, от объектов, выполненных из металла.
Известен широко применяемый переносной детектор нелинейных переходов «NR-900EK», представляющий собой импульсный нелинейный радиолокатор, состоящий из передатчика зондирующего сигнала, двух приемников, настроенных на удвоенную и утроенную частоту сигнала передатчика, блока управления, блока обработки, пульта управления и индикации и блока антенн (приемной и передающей). [4, 5] Структурная схема импульсного нелинейного радиолокатора NR-900 ЕК представлена на фиг.1 [4].
Пульт управления и индикации содержит две линейки по 16 светодиодов красного и зеленого цветов, обозначенных цифрами «2» и «3» (индикаторы уровней принимаемых сигналов-откликов зондирующего сигнала соответственно), кнопку и индикатор изменения излучаемой мощности «mах», три кнопки ослабления уровней входных сигналов приемников («-10», «-20», «-30») с индикаторами и кнопку включения-выключения питания изделия с индикатором.
С пульта управления и индикации через блок управления устанавливается уровень мощности излучения передатчика зондирующего сигнала (максимальный или минимальный), а через блок обработки - величина ослабления уровней входных сигналов приемников (10, 20 и 30 дБ).
Блок управления осуществляет управление работой передатчика зондирующего сигнала, двух приемников 2-ой и 3-ей гармоник, блока обработки и пульта управления и индикации, осуществляя подключение и отключение блоков для обеспечения работы средства [2, 3]. В момент работы устройства на излучение для предотвращения выхода блоков из строя приемники 2-ой и 3-ей гармоник и блок обработки отключаются. В момент работы устройства на прием переизлученного сигнала передатчик зондирующего сигнала отключается, а приемники 2-ой и 3-ей гармоник и блок обработки включаются и начинают работать.
Моногармонический зондирующий сигнал, формируемый передатчиком, подается на направленную передающую антенну и излучается в направлении объекта обследования. На нелинейных (полупроводниковых) элементах объекта обследования зондирующий сигнал преобразуется в полигармонический и переизлучается.
Переизлученный сигнал принимается приемной антенной и поступает на входы приемников, которые выделяют сигналы 2-ой и 3-ей гармоник частоты зондирования. С приемников выделенные сигналы поступают для дальнейшей обработки в блок обработки. После обработки принятых сигналов в блоке обработки их уровни отображаются на светодиодных индикаторах пульта управления и индикации.
Решение о виде объекта принимается по соотношению уровней сигналов откликов на частотах 2-ой и 3-ей гармоник частоты зондирования.
Недостатками ИНРЛ NR-900 ЕК являются невозможность определения разновидности электронного устройства и высокая чувствительность к искусственным помехам, характерным для мест размещения (закладки) радиоуправляемых взрывных устройств. К таким помехам относятся оставленные исполнителями на месте элементы полупроводниковых приборов, металлические детали, имеющие специальные гальванические покрытия или следы коррозии, ржавчины, элементы и материалы, имеющие нелинейные характеристики. Эти помехи снижают темпы ведения разведки инженерными подразделениями федеральных сил примерно в три раза, а, следовательно, и эффективность выполнения боевых задач [4].
Целью изобретения является повышение эффективности поиска РВУ.
Для достижения поставленной цели решается задача - создание импульсного нелинейного радиолокатора повышенной информативности.
Один из способов повышения информативности ИНРЛ - определение наличия колебательного контура, входящего в состав приемо-передающего устройства РВУ и его резонансной частоты.
Для определения резонансной частоты колебательного контура успешно применяется параметрическая локация. [3] Однако применение параметрической локации в НРЛ значительно повышает его сложность и стоимость.
Проведенные исследования показали, что во время облучения приемопередающего устройства моногармоническим зондирующим сигналом в колебательном контуре приемника РВУ происходит возбуждение колебательного контура и переизлучение сигнала в виде отклика на резонансной частоте колебательного контура.
Данное явление происходит следующим образом. Под воздействием зондирующего импульса в колебательном контуре запасается энергия, под воздействием которой возбуждаются вынужденные затухающие колебания на резонансной частоте контура. Скорость затуханий этих колебаний зависит от добротности колебательного контура (чем выше добротность, тем дольше длятся автоколебания) [6].
Повышение информативности нелинейного радиолокатора заключается в осуществлении возможности определения наличия колебательного контура, входящего в состав приемо-передающего устройства РВУ, и его резонансной частоты. Таким образом, повышаются информативность нелинейного радиолокатора в ходе ведения поиска.
Для повышения информативности импульсного нелинейного радиолокатора предлагается дополнить существующее устройство НРЛ NR-900EK, содержащее передатчик зондирующего сигнала, два приемника, настроенных на удвоенную и утроенную частоту сигнала передатчика, блок управления, блок обработки, блок антенн (приемной и передающей) и пульт управления и индикации, широкополосным приемником, анализатором спектра и индикатором анализатора спектра.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 представлена структурная схема ИНРЛ NR-900 ЕК [4, 5];
- фиг.2 - структурная схема предлагаемого импульсного нелинейного радиолокатора.
Предлагаемое устройство состоит из передатчика 1 зондирующего сигнала, приемников 2 и 3 (2-ой и 3-ей гармоник зондирующего сигнала соответственно), настроенных на удвоенную и утроенную частоту сигнала передатчика 1 соответственно, блока 4 управления, блока 5 обработки, пульта 6 управления и индикации, блока 7 антенн, широкополосного приемника 8, анализатора 9 спектра и индикатора 10 анализатора спектра.
Приемники 2 и 3 предназначены для усиления сигнала-отклика, поступившего с антенны, и выделения его четной и нечетной гармоник. Приемник 2 настроен на выделение из принятого отклика сигнала, равного удвоенной частоте сигнала передатчика (2-й гармоники), а приемник 3 настроен на утроенную частоту сигнала передатчика (3-й гармоники). С выходов приемников 2 и 3 принятые сигналы поступают на блок 5 обработки.
Блок 4 управления управляет работой передатчика зондирующего сигнала, приемниками 2 и 3, широкополосным приемником 8, блоком 5 обработки, пультом 6 управления и индикации и осуществляет подключение и отключение блоков для обеспечения работы средства. Управление блоком 4 управления осуществляется органами управления пульта 6 управления и индикации, на котором устанавливается мощность излучения передатчика 1 зондирующего сигнала и величина ослабления уровней выходных сигналов приемников 2 и 3 в блоке 5 обработки.
Пульт 6 управления и индикации содержит две линейки по 16 светодиодов красного и зеленого цветов, обозначенных цифрами «2» и «3» (индикаторы уровня принимаемых сигналов-откликов 2-ой и 3-ей гармоник зондирующего сигнала соответственно), кнопку «mах» и индикатор изменения излучаемой мощности передатчика 1 зондирующего сигнала, три кнопки ослабления уровней входных сигналов приемников 2 и 3 («-10», «-20», «-30») с индикаторами и кнопку включения-выключения питания изделия с индикатором. Для обеспечения работы анализатора 8 спектра на пульт 6 управления и индикации устанавливается дополнительный тумблер включения питания анализатора 8 спектра. Индикаторы уровня принимаемых сигналов-откликов 2-ой и 3-ей гармоник отображают уровни сигналов, приходящих с приемников 2 и 3. По соотношению уровней сигналов 2-й и 3-й гармоник различают объекты, содержащие электронные схемы с полупроводниковыми элементами, и объекты, выполненные из металла.
Передатчик 1 зондирующего сигнала по команде блока 4 управления формирует короткие зондирующие радиочастотные импульсы заданной с пульта 6 управления и индикации мощности, которые подаются на направленную передающую антенну блока 7 антенн и излучаются в направлении обследуемого объекта.
Блок 7 антенн состоит из приемной и передающей антенн, расположенных в одном корпусе соосно. Передающая антенна подключается к передатчику 1 зондирующего сигнала и предназначена для направленного излучения моногармонического сигнала в направлении объекта обследования. Приемная антенна блока 7 антенн предназначена для приема сигналов-откликов от облученных зондирующим сигналом объектов. Принятые приемной антенной переизлученные сигналы-отклики поступают на входы приемников 2 и 3 и широкополосного приемника 8. Для предотвращения выхода из строя этих приемников на время передачи зондирующего сигнала они отключаются блоком 4 управления от блока 7 антенн. Таким образом, блок 4 управления осуществляет управление работой передающей и приемной частей импульсного нелинейного радиолокатора.
Блок 5 обработки предназначен для обработки сигналов, поступающих с приемников 2 и 3, и определения их уровней с последующей передачей этих сигналов на пульт 6 управления и индикации. Блок 5 обработки, используя установленные органами управления пульта 6 управления и индикации коэффициенты ослабления, обрабатывает сигналы с приемников и определяет их уровни с последующим отображением этих уровней на индикаторах пульта 6 управления и индикации.
По сигналу с блока 4 управления широкополосный приемник 8 одновременно с приемниками 2 и 3 подключается к приемной антенне блока 7 антенн. Он настроен на полосу частот, в которой работают приемо-передающие устройства, используемые для управления радиоуправляемыми взрывными устройствами. С выхода этого приемника сигнал поступает на анализатор 9 спектра.
Анализатор 9 спектра предназначен для спектрального анализа сигнала, попавшего в полосу пропускания широкополосного приемника 8. Для анализа спектра сигнала применяется быстрое преобразование Фурье. Сигнал-отклик, поступающий с колебательного контура объекта обнаружения (при его наличии в объекте обнаружения), имеет резонансную частоту колебательного контура. Сигнал присутствует не постоянно, а появляется одновременно с переизлученным сигналом-откликом от полупроводниковых элементов. Значение частоты этого сигнала выводится на индикатор 10 анализатора спектра. Для уменьшения энерго-потребления включение анализатора 9 спектра происходит с пульта 6 управления и индикации.
Индикатор 10 анализатора спектра отображает спектр принятого широкополосным приемником 8 и обработанного анализатором 9 спектра сигнала. При наличии в объекте обнаружения колебательного контура на индикаторе появляется значение его резонансной частоты. По наличию резонансной частоты в сигнале делается вывод о наличии в объекте обнаружения колебательного контура и, следовательно, о характере обнаруженного объекта.
Устройство работает следующим образом.
После включения и подачи напряжения питания на устройство органами управления пульта 6 управления и индикации через блок 4 управления устанавливается уровень мощности (максимальный или минимальный) излучения передатчика 1 зондирующего сигнала, а через блок 5 обработки - величина ослабления (10, 20 и 30 дБ) уровней входных сигналов приемников 2 и 3.
В режиме излучения работают передатчик 1 зондирующего сигнала, пульт 6 управления и индикации. Для предотвращения выхода из строя приемников 2 и 3, широкополосного приемника 8 и блока 5 обработки на время передачи зондирующего сигнала они отключаются от блока 7 антенн блоком 4 управления.
В момент приема переизлученного сигнала работают приемники 2 и 3, настроенные на удвоенную и утроенную частоту сигнала передатчика 1 зондирующего сигнала соответственно, широкополосный приемник 8, блок 5 обработки и пульт 6 управления и индикации. Для уменьшения энергопотребления включение анализатора 9 спектра происходит с пульта 6 управления и индикации оператором. Таким образом, блок 4 управления осуществляет управление работой передающей и приемной частей нелинейного радиолокатора.
Блок 4 управления управляет работой передатчика 1 зондирующего сигнала, приемников 2, 3 и 8 и блока 5 обработки. Передатчик 1 зондирующего сигнала по команде с блока 4 управления и с учетом установленного органами управления пульта 6 управления и индикации уровня мощности излучения формирует короткие зондирующие радиочастотные импульсы, которые подаются на направленную передающую антенну блока 7 антенн и излучаются в направлении обследуемого объекта.
На нелинейных (полупроводниковых) элементах и колебательном контуре (при его наличии) объекта обследования зондирующий сигнал преобразуется в полигармонический и переизлучается.
Принятый приемной антенной переизлученный сигнал-отклик поступает на входы приемников 2 и 3, где усиливаются и выделяются сигналы второй и третьей гармоник частоты зондирования. В приемнике 2 происходит выделение сигнала, равного удвоенной частоте сигнала передатчика 1 зондирующего сигнала (2-й гармоники), соответствующего сигналу-отклику от радиоэлектронных устройств, а в приемнике 3 - сигнала, равного утроенной частоте сигнала передатчика (3-й гармоники), соответствующего сигналу-отклику от металлических предметов, особенно подвергшихся коррозии. Принятый приемной антенной переизлученный сигнал-отклик поступает также и на вход широкополосного приемника 8, который принимает сигнал от колебательного контура объекта, возникший от воздействия на контур зондирующего сигнала импульсного нелинейного локатора. С выходов приемников 2 и 3 выделенные сигналы поступают на блок 5 обработки. С выхода широкополосного приемника 8 сигнал поступает на анализатор 9 спектра.
Блок 5 обработки, используя установленные пультом 6 управления и индикации коэффициенты ослабления уровней входных сигналов приемников (10, 20 и 30 дБ), обрабатывает сигналы с приемников и определяет их уровни с последующей передачей этих сигналов на пульт 6 управления и индикации. На соответствующих индикаторах пульта 6 управления и индикации происходит отображение этих уровней. Пульт 6 управления и индикации имеет два индикатора уровней сигналов (16 светодиодов красного и зеленого цветов, обозначенных цифрами «2» и «3» соответственно индикации уровня принимаемых сигналов-откликов 2-ой и 3-ей гармоник зондирующего сигнала). По соотношению уровней сигналов 2-ой и 3-ей гармоник оператор различает объекты, содержащие электронные схемы с полупроводниковыми элементами, и объекты, выполненные из металла.
При получении сигнала о наличии в объекте исследования полупроводниковых элементов оператор включает анализатор спектра. Анализатор 9 спектра обрабатывает сигнал-отклик, усиленный широкополосным приемником 8. При наличии в объекте обследования колебательного контура в сигнале-отклике присутствует сигнал на его резонансной частоте. Результат работы анализатора 9 спектра отображается на индикаторе 10 анализатора спектра.
Совокупность всех сигналов позволяет оператору определять характер обнаруженного объекта, наличие в объекте обследования колебательного контура и определять его резонансную частоту.
Предлагаемый импульсный нелинейный радиолокатор позволяет повысить информативность при выполнении задач по разведке местности (объектов) на наличие РВУ путем фиксации наличия в объекте обследования колебательного контура и определения его резонансной частоты. Это позволяет повысить эффективность поиска РВУ и более эффективно применять средства подавления радиоканала управления РВУ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Интернет-сайт http://www.aor.ru/aor/2000.htm.
2. Интернет-сайт http://www.mordvinovoe.narod.ru/poisk.htm.
3. Дикарев В.И. Методы и средства обнаружения объектов в укрывающих средах/ В.И.Дикарев, В.А.Заренков, Д.В.Заренков. - СПб.: Наука и Техника, 2004. - 280 с.
4. Переносной детектор нелинейных переходов «NR-900EK»/ Руководство по эксплуатации. ЮТДН 468165003 РЭ. - ЗАО «Группа защиты - ЮТТА».
5. Интернет-сайт http://www.detektor.ru.
6. Яворский Б.М. Справочник по физике/ Б.М. Яворский, А.А. Детлаф // 2-е изд., перераб. - М.: Наука, 1985. - 512 с.