ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКИЙ РАДИОВЫСОТОМЕР
PULSE-DOPPLER RADIO ALTIMETER

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности, бортовым измерителям высоты полета и может быть использовано в импульсно-доплеровских радиовысотомерах для систем управления полетом летательных аппаратов.
Известен [1] импульсный радиовысотомер, содержащий передатчик, аттенюатор, передающую антенну, приемник, приемную антенну, синхронизатор, СВЧ выключатель, блок управления, датчик помех, измеритель задержки, блок автоматической регулировки усиления, измеряющий высоту полета летательного аппарата путем излучения импульсных зондирующих сигналов, приема, отраженных сигналов, измерения времени задержки их распространения до подстилающей поверхности и обратно.
Известен [2] радиовысотомер, содержащий передатчик, аттенюатор, передающую антенну, приемник, приемную антенну, измеритель задержки, датчик помех, блок автоматической регулировки усиления, блок управления.
Повышение помехоустойчивости в обоих радиовысотомерах обеспечивается увеличением излучаемой мощности передатчика за счет увеличения отношения сигнал\помеха, что ухудшает скрытность излучения.
Наиболее близким по технической сущности является импульсно-фазовый измеритель толщины слоев разнородных жидкостей, а также их относительного изменения с повышенной точностью [3], содержащий синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, буферное оперативное запоминающее устройство (БОЗУ), блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением (УН), контроллер обмена, антенную систему, циркулятор, малошумящий усилитель высокой частоты (УВЧ), фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, вход/выход которого подключен к антенной системе, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом циркулятора, а второй вход - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с первым выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления.
Импульсно-фазовый измеритель излучает в направлении подстилающей поверхности и принимает короткие пакеты радиоимпульсов.
Недостаток импульсно-фазового измерителя заключается в том, что при воздействии помех уменьшается отношение сигнал\помеха и для сохранения этого отношения приходится увеличивать излучаемую мощность, что ухудшает скрытность излучения.
Целью настоящего изобретения является повышение скрытности излучения.
Указанная цель достигается тем, что в импульсно-фазовый измеритель, содержащий синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, циркулятор, малошумящий УВЧ, фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый СВЧ генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен с входом циркулятора, а второй вход - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления, введены приемопередающая антенна и датчик помех, при этом вход/выход приемопередающей антенны соединен с входом/выходом циркулятора, все двенадцатые входы/выходы вычислительного устройства соединены со всеми выходами датчика помех, первый вход датчика помех соединен с выходом видеоусилителя, второй - с четвертым выходом синхронизатора, третий - девятым выходом вычислительного устройства и третьим входом синхронизатора.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый импульсно-доплеровский радиовысотомер отличается его связями с другими блоками. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения - "новизна". Предлагаемое исполнение импульсно-доплеровского радиовысотомера неизвестно, приводит к повышению его полезных свойств - повышению скрытности излучения.
Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 приведена функциональная схема импульсно-доплеровского радиовысотомера, на фиг. 2 - функциональная схема датчика помех, на фиг. 3 - функциональная схема синхронизатора, на фиг. 4 - алгоритм работы подпрограммы установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления, на фиг. 5 - временные диаграммы установки несущих частот СВЧ - генератора в радиомолчании при наличии помех.
Предлагаемый импульсно-доплеровский радиовысотомер (фиг. 1) содержит дискретно управляемый СВЧ генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, циркулятор 6, приемопередающую антенну 7, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11, АЦП 12, БОЗУ 13, синхронизатор 14, вычислительное устройство 15, контроллер 16 обмена, блок 17 регулировки усиления, блок 18 регулировки ослабления, источник 19 тока, управляемый напряжением, датчик 71 помех.
При этом, выход дискретно управляемого СВЧ генератора 1 соединен со входом направленного ответвителя 2, первый выход которого подключен к первому входу импульсного модулятора 3, второй вход которого подключен ко второму выходу синхронизатора 14, первый выход которого соединен с первым входом фазовращателя 4, второй вход которого соединен с выходом импульсного модулятора 3, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора 5, выход которого соединен с входом циркулятора 6, а выход циркулятора соединен со входом малошумящего УВЧ 9, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя 2, а выход - с первым входом видеоусилителя 11, второй вход которого соединен с выходом блока 17 регулировки усиления, а выход - с первым входом АЦП 12, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ 13, первый вход которого соединен со вторым входом АЦП 12 и третьим выходом синхронизатора 14, четвертый выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства 15, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока 18 регулировки ослабления, блока 17 регулировки усиления, контроллера 16 обмена, БОЗУ 13, шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ 13, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора 1, восьмой, девятый выходы -соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора 14, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ 13, все шестые входы/выходы которого по шине данных соединены со всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства 12, всеми первыми входами/выходами контроллера 16 обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами импульсно-доплеровского радиовысотомера, а также - со всеми первыми входами блока 17 регулировки усиления, всеми первыми входами блока 18 регулировки ослабления, выход которого соединен со входом источника 19 тока, управляемого напряжением, выход которого соединен со вторым входом управляемого аттенюатора 5, вход/выход приемопередающей антенны 7 соединен с входом/выходом циркулятора 6, все двенадцатые входы/выходы вычислительного устройства 15 соединены со всеми выходами датчика 71 помех, первый вход которого соединен с выходом видеоусилителя 11, второй вход - с четвертым выходом синхронизатора 14, третий вход - девятым выходом вычислительного устройства 15 и третьим входом синхронизатора 14.
Построение датчика помех (фиг. 2) описано в [5]. В состав датчика 71 помех входят преобразователь 73 напряжения в частоту (ПНЧ), блок 74 «И», последовательный счетчик 75, блок 76 «НЕ».
Импульсно-доплеровский радиовысотомер (РВ) работает следующим образом.
После подачи питания на РВ вычислительное устройство 15 проводит сигналом 40 начальную установку триггера 28 флага излучения синхронизатора 14 (фиг.4), сигналами 65 и 64 записывает нулевое значение усиления и ослабления в блоки 17 и 18 регулирования усиления и ослабления (Nус=0, Nосл=0), записывает сигналами 52 и 53 по шине данных 55 в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ 13 нулевое значение кода (устанавливается тем самым низкий логический уровень сигнала 39 - окончание режима излучения и накопления), проводит опрос контроллера 16 обмена с внешними системами, который переводит радиовысотомер в режим измерения задержки отраженного от подстилающей поверхности сигнала, устанавливает сигналами 63 и 67 несущую частоту СВЧ-генератора 1 на середину рабочего диапазона.
Одновременно датчик 71 помех анализирует перед излучением состояние эфира на наличие помех (с выхода видеоусилителя 11 сигнал 72) на уставленной несущей частоте СВЧ-генератора 1 и на шину 55 выдает параллельный код помехи. Блок 76 «НЕ» инвертирует сигнал 42 флаг излучения для управления блоком 74 «И» таким образом, чтобы он открывался при отсутствии излучения. Сигнал 40 с вычислительного устройства 15 обнуляет последовательный счетчик 75 датчика 71 помех.
После этого вычислительное устройство 15 сравнивает параллельный код помехи с выхода последовательного счетчика 75 с пороговым значением и, в случае, отсутствия помех (значение кода ниже порогового), сигналом 40 обнуляет последовательный счетчик 75 датчика 71 помех и сигналом 38 запускает подпрограмму установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления. Алгоритм работы подпрограммы приведен на фиг.4. Подпрограмма устанавливает несущую частоту Fнес на дискретно управляемом СВЧ-генераторе 1 на середину диапазона, записывает в блоки 17 и 18 регулировки усиления и ослабления значения усиления и ослабления, записывает нулевое значение кода в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ, запускает таймер на время tуст.ппм - время установки параметров в ППМ (дискретно управляемый СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11), после чего проводится запуск режима излучения и накопления, анализ флага излучения 42.
Через циркулятор 6, приемопередающую антенну 7 (вход/выход) обеспечивается излучение радиоимпульсов по направлению к подстилающей поверхности.
Принятые от подстилающей поверхности приемопередающей антенны 7 радиоимпульсы через циркулятор 6 поступают на малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, детекируются, видеосигналы усиливаются в видеоусилителе 11, преобразуются в цифровую форму в АЦП 12 и записываются в БОЗУ 13.
По окончании работы подпрограммы вычислительное устройство 15 считывает данные БОЗУ 13, после чего проводит обработку данных, сканируя по диапазону задержек, определяя временную задержку цифровых сигналов от подстилающей поверхности.
В случае, наличия помех на входе приемного тракта радиовысотомера (значение кода с выхода датчика 71 помех выше порогового), вычислительное устройство 15 изменяет сигналами 63 и 67 несущую частоту СВЧ-генератора 1 в радиомолчании до тех пор, пока уровень помех на выходе датчика 71 помех не станет ниже порогового, периодически вырабатывая сигнал 40 (для сброса последовательного счетчика 75) после каждого цикла (циклы 1, 2, i, i+1, i+2, k, фиг.5) анализа уровня помех с выхода датчика 71 помех и перестройки несущей частоты дискретно управляемого СВЧ-генератора 1 (фиг.5).
После этого вычислительное устройство 15 запускает подпрограмму установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления (фиг.4). Подпрограмма устанавливает несущую частоту (Fi, Fk, фиг.5) на дискретно управляемом СВЧ-генераторе 1, на которых уровень помех с выхода датчика 71 помех ниже порогового, записывает в блоки 17 и 18 регулировки усиления и ослабления значения усиления и ослабления, записывает нулевое значение кода в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ, запускает таймер на время tуст.ппм - время установки параметров в ППМ (дискретно управляемый СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11), после чего проводится запуск режима излучения и накопления, анализ флага излучения 42.
Через циркулятор 6, приемопередающую антенну 7 (вход/выход) обеспечивается излучение радиоимпульсов по направлению к подстилающей поверхности.
Принятые от подстилающей поверхности приемопередающей антенны 7 радиоимпульсы через циркулятор 6 поступают на малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, детекируются, видеосигналы усиливаются в видеоусилителе 11, преобразуются в цифровую форму в АЦП 12 и записываются в БОЗУ 13.
По окончании работы подпрограммы вычислительное устройство 15 считывает данные БОЗУ 13, после чего проводит обработку данных, сканируя по диапазону задержек, определяя временную задержку цифровых сигналов от подстилающей поверхности.
Использование предлагаемого импульсно-доплеровского радиовысотомера с коротким пакетным сеансом на излучение и адаптацией к изменяющейся помеховой обстановке, позволяет снизить вероятность обнаружения летательного аппарата по излучению радиосредств, затрудняет целеуказание и повышает вероятность выполнения боевой задачи, а также повышает точность навигации летательного аппарата при автоматическом управлении полетом.
Литература
1. Патент РФ №2258943 от 29.04.2004 г.
2. Патент РФ №1672834 от 15.12.1992 г.
3. Патент РФ №2188399 от 21.06.1999 г.
4. Радиовысотометрия-2010. Сборник трудов третьей Всероссийской научно-технической конференции, Каменск-Уральский, 19-21 октября 2010 г., 71 с.
5. Аналоговая электроника на операционных усилителях. А.Дж. Пейтон, В. Волш, перевод с английского В.Л. Григорьева, М., Бином - 1994, 192 с.