СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ РАССЕИВАТЕЛЕЙ
METHOD OF DETECTING BROADBAND PARAMETRIC SCATTERERS

Изобретение относится к способам обнаружения пассивных маркеров-ответчиков, являющихся вторичными источниками электромагнитного излучения.
Известен по [Радиокомплекс розыска маркеров, патент RU 2108596, G01S 13/75, опубл. 10.04.1998; Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель, патент RU 2336538, C01S 13/74, опубл. 20.01.2008] способ обнаружения параметрических рассеивателей. Способ позволяет решать задачу обнаружения объектов, в частности людей, маркированных с помощью пассивных нелинейных маркеров-ответчиков, в качестве которых используются параметрические рассеиватели. Способ состоит в том, что на объекте поиска предварительно размещается параметрический рассеиватель; область пространства, в которой может находиться объект поиска, облучается зондирующим сигналом, который формируется в виде последовательности узкополосных радиоимпульсов на частоте f; принимается рассеянный маркером сигнал на частоте субгармоники, равной f/2; в случае превышения порога обнаружения принимается решение о наличии в зоне обнаружения объекта поиска.
Данный способ обладает существенным недостатком, а именно, недостаточной чувствительностью приемного устройства из-за того, что не обеспечивается когерентный прием рассеянного сигнала. При возбуждении каждого импульса, рассеянного маркером сигнала на частоте субгармоники, возможны два равновероятных значения фазы, отличающиеся на π [Горбачев П.А. Формирование сигналов системой пассивных субгармонических рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т.40, N11, стр.1606-1610], в результате рассеянный на субгармонике сигнал не когерентен, даже при когерентном зондирующем сигнале.
Указанный недостаток преодолен в способе обнаружения параметрических рассеивателей, известном по [Ларцов С.В. Зондирующий сигнал для обнаружения параметрических рассеивателей // Радиотехника, 2000, N5, стр.8-12].
1
Предложено формировать зондирующий сигнал в виде последовательности пачек узкополосных когерентных радиоимпульсов сигнала накачки с частотой высокочастотного заполнения f и последовательности пачек узкополосных когерентных пар синхронизирующих радиоимпульсов с частотой высокочастотного заполнения f/2. При этом обе последовательности обладают одинаковыми длительностями импульсов τ, периодами следования импульсов Т и периодами следования пачек импульсов T. Кроме того, длительность импульсов синхронизирующего сигнала существенно меньше длительности импульсов сигнала накачки, задний фронт первого синхронизирующего радиоимпульса из пары совпадает с передним фронтом второго синхронизирующего радиоимпульса из пары. Фаза высокочастотного заполнения первого синхронизирующего радиоимпульса соответствует символу выбранного закона кодирования фазы, фаза высокочастотного заполнения второго синхронизирующего радиоимпульса из пары всегда отличается на π от фазы высокочастотного заполнения первого синхронизирующего радиоимпульса из пары, кроме того, задний фронт первого синхронизирующего радиоимпульса совпадает с передним фронтом радиоимпульсов зондирующего сигнала.
В результате возбуждение параметрического рассеивателя происходит в условиях существования внешнего воздействия на частоте возбуждения. В этих условиях фаза возбуждаемого колебания на частоте субгармоники перестает быть случайной и определяется фазой внешнего воздействия, то есть фазой импульсов синхронизирующего сигнала. Однако импульсы такого синхронизирующего сигнала являются помехой приему полезного сигнала, так как будут рассеиваться от окружающих параметрический рассеиватель предметов и подстилающей поверхности и поступать на вход приемника одновременно с полезным сигналом. Устранить такую помеху за счет временной селекции невозможно, ее можно только скомпенсировать. Поэтому после синхронизирующего радиоимпульса предложено излучать компенсирующий радиоимпульс с противоположной фазой, при этом синхронизирующий радиоимпульс задает закон кодирования фазы рассеянного сигнала, а компенсирующий радиоимпульс необходим для взаимокомпенсации обоих импульсов в оптимальном приемнике сигнала, принимаемого на частоте субгармоники.
Недостатком способа обнаружения параметрических рассеивателей, известного по [Ларцов С.В. Зондирующий сигнал для обнаружения параметрических рассеивателей // Радиотехника, 2000, N5, стр.8-12], является то, что в качестве сигнала накачки используется узкополосный радиосигнал, при этом не используются возможности широкополосных параметрических рассеивателей по формированию широкополосных рассеянных сигналов, например радиоимпульсов с линейной частотной модуляцией, которые могут быть подвержены компрессии, в результате которой на выходе приемного устройства может быть сформирован импульс, длительность которого существенно меньше длительности радиоимпульса сигнала накачки. Другими словами, неоднозначность в определении дальности до параметрического рассеивателя определяется длительностью радиоимпульса сигнала накачки и не может быть улучшена.
Кроме того, при когерентном накоплении пачки импульсов в равной мере будут расти и полезный сигнал и сдвоенные вспомогательные радиоимпульсы, являющиеся помехой, так как законы кодирования одинаковы и для полезного сигнала и для помехи.
Указанные недостатки устранены в известном по патенту RU 2408896, G01S 13/79, опубл. 10.01.2011, способе обнаружения широкополосных параметрических рассеивателей, выбранном в качестве прототипа.
Способ-прототип обнаружения широкополосных параметрических рассеивателей, заключающийся в том, что на объекте поиска предварительно размещают широкополосный параметрический рассеиватель, область пространства, в которой может находиться объект поиска, облучают зондирующим сигналом, формирующим в процессе параметрической генерации на параметрическом рассеивателе ответный сигнал, состоящий из серий пачек последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала, при этом каждая пачка состоит из двух последовательностей одинаковой размерности, закодированных в соответствии с выбранным бинарным законом кодирования, представляющим собой бинарную последовательность, противоположные символы которой соответствуют противофазным значениям фаз высокочастотного заполнения радиоимпульсов ответного сигнала, для этого зондирующий сигнал излучают состоящим из серий пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала накачки, в которых каждый радиоимпульс синхронен радиоимпульсу ответного сигнала, а мгновенная частота радиоимпульсов сигнала накачки в два раза превышает мгновенную частоту радиоимпульсов ответного сигнала, кроме того, зондирующий сигнал включает вспомогательный сигнал, состоящий из серий пачек последовательностей вспомогательных радиоимпульсов, при этом каждая пачка состоит из двух синхронных последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов с той же размерностью, что и у последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала, при этом первый и второй из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов имеют противоположные фазы высокочастотного заполнения, фазы высокочастотного заполнения соответствующих вспомогательных радиоимпульсов для первой и второй из последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов в каждой пачке тоже имеют противоположные значения, кроме того, фаза высокочастотного заполнения каждого первого из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов меняется от текущего сдвоенного вспомогательного радиоимпульса к следующему сдвоенному вспомогательному радиоимпульсу в соответствии с бинарным альтернативным законом кодирования, для которого обеспечивается минимальный уровень при синхронном накоплении по алгоритму, обеспечивающему максимальный уровень накопления принимаемого сигнала в соответствии с выбранным бинарным законом когерентного накопления, при этом противоположные символы альтернативного бинарного закона кодирования соответствуют противофазным значениям фазы высокочастотного заполнения первого из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, при этом длительность каждого из вспомогательных радиоимпульсов и временной промежуток между задним фронтом первого и передним фронтом второго из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов существенно меньшей, чем длительность радиоимпульса сигнала накачки, моменты передних и задних фронтов, соответствующих порядковых номеров вспомогательных радиоимпульсов в пачках совпадают, один из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов является синхронизирующим радиоимпульсом, начальная фаза его высокочастотного заполнения соответствует текущему символу выбранного бинарного закона кодирования, при этом один из моментов времени излучения синхронизирующего радиоимпульса совпадает с передним фронтом радиоимпульса сигнала накачки, в этот момент времени мгновенная частота высокочастотного заполнения синхронизирующего радиоимпульса в два раза меньше мгновенной частоты высокочастотного заполнения радиоимпульсов сигнала накачки, при этом если текущие символы выбранного и альтернативного законов кодирования совпадают, то для соответствующих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов первым вспомогательным радиоимпульсом является синхронизирующий радиоимпульс, а если текущие символы выбранного и альтернативного законов кодирования не совпадают, то синхронизирующим радиоимпульсом является второй из соответствующих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, при этом мгновенную частоту радиоимпульсов сигнала накачки и сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов изменяют по соответствующим линейным законам, изменяющимся в одном и том же направлении, а длительности первого и второго из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов подбирают так, чтобы минимизировать их уровень на выходе синхронного фильтра, согласованного с радиоимпульсом ответного сигнала, принимают ответный сигнал, при этом одновременно производят компенсацию серий пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов и синхронное накопление серий пачек последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала по алгоритмам, обеспечивающим максимальный уровень накопления принимаемого сигнала в соответствии с формой и внутренней модуляцией каждого радиоимпульса ответного сигнала, выбранным законом кодирования, а также путем сложения временных реализаций первой и второй последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала в каждой из пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала, при превышении порога обнаружения принимают решение о наличии в зоне обнаружения объекта поиска.
Преимущество способа прототипа перед аналогами заключается в том, что обеспечивается рассеяние от широкополосного параметрического рассеивателя широкополосных рассеянных сигналов, которые в приемном устройстве могут быть сжаты до существенно более коротких, при этом остается возможность когерентного накопления принятого рассеянного сигнала, а вспомогательные радиоимпульсы не накапливаются и компенсируются, для чего обеспечиваются условия, когда пары вспомогательных радиоимпульсов кодируются по альтернативному закону кодирования. Этот закон предполагает наименьший уровень когерентного сложения принимаемых сигналов в приемнике, уже настроенном на прием сигнала по другому - выбранному закону кодирования.
Недостатком такого технического решения является некоторое нарушение синхронизма формируемых ответных сигналов на время длительности сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, однако это время существенно меньше длительности радиоимпульса накачки. Технически возможность излучать вспомогательные радиоимпульсы, закодированные в соответствии с альтернативным законом кодирования, и при этом формировать радиоимпульсы ответного сигнала в соответствии с выбранным законом кодирования осуществляется за счет того, что синхронизирующим является то первый, то второй из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, соответственно мгновенные частоты, на которых происходит синхронизация, различны для первого и второго синхроимпульсов, различными могут быть и их длительности.
Кроме того, вспомогательные импульсы излучаются синхронными парными пачками. Соответствующие импульсы в пачках одинаковы по форме и виду, но противофазны. Это дает возможность в приемном устройстве реализовать их взаимную компенсацию простым сложением принятых последовательностей. Импульсы ответного сигнала также формируются парными пачками, но они синфазные, хотя и не синхронизированы по переднему фронту, и при сложении будут усилены.
Недостатком способа прототипа является и то, что каждый из радиоимпульсов последовательности пар связанных пачек сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов при прохождении через синхронный фильтр, согласованный с радиоимпульсами ответного сигнала, накапливается так же, как и радиоимпульс ответного сигнала. При этом меняется временная структура вспомогательных радиоимпульсов: их огибающая становится близкой к форме sin(x)/x. В области основного максимума происходит эффективная взаимокомпенсация вспомогательных радиоимпульсов, а в области «боковиков» такая взаимокомпенсация отсутствует, так как частоты радиоимпульсов различны. В результате, то, что мгновенную частоту радиоимпульсов сигнала накачки и сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов изменяют по соответствующим линейным законам, изменяющимся в одном и том же направлении, приводит к тому, что каждый из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, являясь как бы «кусочком» реализации радиоимпульса ответного сигнала, практически оптимально накапливаются в синхронном фильтре, настроенном на радиоимпульс ответного сигнала, при этом взаимокомпенсация сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов произойдет только на отдельных их участках. На остальных временных участках может произойти даже когерентное сложение сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов.
Таким образом, предусмотренные меры по ослаблению вспомогательных радиоимпульсов при приеме ответного сигнала, предложенные в способе-прототипе недостаточны, что и является недостатком прототипа.
Решается задача повышения чувствительности приемного устройства и дальности действия системы поиска.
Технический результат - создание условий, при которых вспомогательные радиоимпульсы в синхронном фильтре, согласованные с радиоимпульсами ответного сигнала, не подвергались когерентному накоплению, а наоборот, ослаблялись.
Технический результат достигается за счет того, что предлагается новое техническое решение, а именно способ обнаружения широкополосных параметрических рассеивателей, заключающийся в том, что на объекте поиска предварительно размещают широкополосный параметрический рассеиватель, область пространства, в которой может находиться объект поиска, облучают зондирующим сигналом, формирующим в процессе параметрической генерации на параметрическом рассеивателе ответный сигнал, состоящий из серий пачек последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала, при этом каждая пачка состоит из двух последовательностей одинаковой размерности, закодированных в соответствии с выбранным бинарным законом кодирования, представляющим собой бинарную последовательность, противоположные символы которой соответствуют противофазным значениям фаз высокочастотного заполнения радиоимпульсов ответного сигнала, для этого зондирующий сигнал излучают состоящим из серий пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала накачки, в которых каждый радиоимпульс синхронен радиоимпульсу ответного сигнала, а мгновенная частота радиоимпульсов сигнала накачки в два раза превышает мгновенную частоту радиоимпульсов ответного сигнала, кроме того, зондирующий сигнал включает вспомогательный сигнал, состоящий из серий пачек последовательностей вспомогательных радиоимпульсов, при этом каждая пачка состоит из двух синхронных последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов с той же размерностью, что и у последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала, при этом фазы высокочастотного заполнения соответствующих вспомогательных радиоимпульсов для первой и второй из последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов в каждой пачке имеют противоположные значения, кроме того, фаза высокочастотного заполнения каждого первого из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов меняется от текущего сдвоенного вспомогательного радиоимпульса к следующему сдвоенному вспомогательному радиоимпульсу в соответствии с бинарным альтернативным законом кодирования, для которого обеспечивается минимальный уровень при синхронном накоплении по алгоритму, обеспечивающему максимальный уровень накопления принимаемого сигнала в соответствии с выбранным бинарным законом когерентного накопления, при этом противоположные символы альтернативного бинарного закона кодирования соответствуют противофазным значениям фазы высокочастотного заполнения первого из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, при этом длительность каждого из вспомогательных радиоимпульсов и временной промежуток между задним фронтом первого и передним фронтом второго из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов существенно меньше, чем длительность радиоимпульса сигнала накачки, моменты передних и задних фронтов, соответствующих порядковых номеров вспомогательных радиоимпульсов в пачках совпадают, один из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов является синхронизирующим радиоимпульсом, начальная фаза его высокочастотного заполнения соответствует текущему символу выбранного бинарного закона кодирования, при этом один из моментов времени излучения синхронизирующего радиоимпульса совпадает с передним фронтом радиоимпульса сигнала накачки, в этот момент времени мгновенная частота высокочастотного заполнения синхронизирующего радиоимпульса в два раза меньше мгновенной частоты высокочастотного заполнения радиоимпульсов сигнала накачки, при этом если текущие символы выбранного и альтернативного законов кодирования совпадают, то для соответствующих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов первым вспомогательным радиоимпульсом является синхронизирующий радиоимпульс, а если текущие символы выбранного и альтернативного законов кодирования не совпадают, то синхронизирующим радиоимпульсом является второй из соответствующих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, при этом мгновенную частоту радиоимпульсов сигнала накачки и сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов изменяют по линейному закону, а длительности первого и второго из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов подбирают так, чтобы минимизировать их уровень на выходе синхронного фильтра, согласованного с радиоимпульсом ответного сигнала, принимают ответный сигнал, при этом одновременно производят компенсацию серий пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов и синхронное накопление серий пачек последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала по алгоритмам, обеспечивающим максимальный уровень накопления принимаемого сигнала в соответствии с формой и внутренней модуляцией каждого радиоимпульса ответного сигнала, выбранным законом кодирования, а также путем сложения временных реализаций первой и второй последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала в каждой из пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала, при превышении порога обнаружения принимают решение о наличии в зоне обнаружения объекта поиска, при этом линейные законы изменения мгновенной частоты радиоимпульсов сигнала накачки и изменения мгновенной частоты сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов противоположны, а сдвоенные вспомогательные радиоимпульсы формируют так, чтобы фазы их высокочастотного заполнения были такими, чтобы синхронизируемые ими радиоимпульсы ответного сигнала возбуждались в противофазе.
Суть изобретения заключается в том, что предлагается новый механизм ослабления вспомогательных радиоимпульсов при приеме ответного сигнала. Предлагаемый механизм заключается в следующем. В способе - прототипе вспомогательный радиоимпульс с линейной частотной модуляцией, распространяясь по согласованному с ним оптимальному фильтру, подвергается компрессии примерно на величину своей базы. Если по тому же фильтру распространяется радиоимпульс той же длительности, с линейной частотной модуляцией, но с противоположным законом изменения мгновенной частоты, он будет, наоборот, растягиваться. Соответственно уменьшается интенсивность такого сигнала и помеха, вносимая вспомогательными радиоимпульсами, уменьшится. А так как именно уровень данной помехи существенно влияет на реальную чувствительность приемника системы поиска, чувствительность этого приемника возрастает.
Указанный эффект демонстрируется на фиг.1, где представлены осциллограммы результатов машинного эксперимента по прохождению через фильтр, согласованный с прямоугольным линейно-частотно-модулированным радиоимпульсом длительностью 10 мкс и изменением частоты от 250 МГц до 300 МГц, коротких радиоимпульсов, имеющих длительность 1 мкс: первый импульс соответствует входному радиоимпульсу без частотной модуляции, имеющему частоту высокочастотного заполнения 255 МГц, второй импульс соответствует входному радиоимпульсу с изменением несущей частоты по линейному закону от 250 МГц до 255 МГц, третий импульс соответствует входному радиоимпульсу с изменением несущей частоты по линейному закону от 255 МГц до 250 МГц. Хорошо видно, что радиоимпульс с обратным законом изменения частоты хуже всего проходит через фильтр, согласованный с прямоугольным линейно-частотно-модулированным радиоимпульсом длительностью 10 мкс и изменением частоты от 250 МГц до 300 МГц, при этом не происходит его накопления в согласованном фильтре, а наоборот, наблюдается расплывание.
В новом техническом решении основное назначение вспомогательных радиоимпульсов - обеспечение синхронизации радиоимпульсов ответного сигнала - выполняется, так как в момент излучения радиоимпульсов сигнала накачки частота вспомогательного радиоимпульса равна частоте радиоимпульса ответного сигнала, в результате чего фаза этого вспомогательного радиоимпульса в этот момент определит фазу возбудившегося в широкополосном параметрическом генераторе радиоимпульса ответного сигнала. После возбуждения вспомогательные сигналы не влияют на процесс параметрической генерации и, являясь нежелательной помехой на входе приемника ответного сигнала, должны быть устранены на выходе этого приемника и, поэтому могут иметь другую модуляцию, чем у ответного сигнала.
Так как в предлагаемом техническом решении, в отличие от прототипа, синхронизирующие радиоимпульсы не являются частью реализации радиоимпульса ответного сигнала, а участки, соответствующие моментам времени, на которых происходит возбуждение и синхронизация радиоимпульсов ответного сигнала могут быть не синхронны, требование в прототипе противофазности первого и второго из вспомогательных радиоимпульсов уже не актуально и может не выполняться. Существенным является то, что возбуждаемые первым и вторым вспомогательными радиоимпульсами ответные сигналы должны быть противофазными.
Заявленное техническое решение может быть реализовано с помощью обнаружителя широкополосных параметрических рассеивателей, структурная схема которого представлена фиг.2, где 1 - формирователь; 2 - генератор вспомогательных радиоимпульсов; 3 - генератор сигнала накачки; 4, 5 - высокочастотные усилители; 6, 7 - антенны; 8 - широкополосный параметрический рассеиватель; 9 - антенна; 10 - высокочастотный усилитель; 11 - приемник; 12 - индикатор.
Выход I формирователя 1 соединен с управляющим входом генератора вспомогательных радиоимпульсов 2, выход II формирователя 1 соединен с управляющим входом генератора 3 сигнала накачки, выход III формирователя 1 соединен с синхронизирующим входом приемника 11.
Сигнальный выход генератора 2 вспомогательных радиоимпульсов соединен с входом высокочастотного усилителя 4. Выход высокочастотного усилителя 4 соединен со входом антенны 6.
Сигнальный выход генератора 3 сигнала накачки соединен с входом высокочастотного усилителя 5. Выход высокочастотного усилителя 5 соединен со входом антенны 7.
В зоне облучения антенн 6, 7 расположен широкополосный параметрический рассеиватель 8.
В зоне переизлучения ответного сигнала от широкополосного параметрического рассеивателя 8 расположена антенна 9.
Выход антенны 9 соединен со входом высокочастотного усилителя 10. Выход высокочастотного усилителя 10 соединен с сигнальным входом 2 приемника 11, выход приемника 11 соединен со входом индикатора 12.
Обнаружитель широкополосных параметрических рассеивателей работает следующим образом.
Человек, потенциально подверженный опасности стать терпящим бедствие на воде, оснащается спасательным жилетом с прикрепленным маркером - широкополосным параметрическим рассеивателем.
Определяются выбранный и альтернативный законы кодирования. В частности, такими законами могут быть бинарные последовательности из 3-х символов: для выбранного закона кодирования - последовательность Баркера «1», «1», «-1»; для альтернативного закона кодирования - последовательность «1», «1», «1».
Излучается зондирующий сигнал, состоявший из серий пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала накачки и из серий пачек последовательностей вспомогательных радиоимпульсов.
Для этого в формирователе 1 формируется синхронизирующая последовательность из коротких видеоимпульсов, которая синхронизирует работу обнаружителя широкополосных параметрических рассеивателей (фиг.3, условная осциллограмма А).
Последовательность коротких видеоимпульсов в том же формирователе 1 преобразуется в серии пачек последовательностей видеоимпульсов выбранного закона кодирования, при этом каждая пачка состоит из двух последовательностей видеоимпульсов одинаковой размерности, закодированных в соответствии с выбранным бинарным законом кодирования, при этом противоположные символы закона кодирования соответствуют разнополярным видеоимпульсам. Длительность видеоимпульсов равна длительности рабочего цикла при излучении радиоимпульсов зондирующего сигнала. При этом и первая и вторая последовательности видеоимпульсов выбранного закона кодирования из одной пачки закодированы по одному и тому же выбранному закону кодирования, но на основе противоположных элементов. То есть выбранный закон кодирования - последовательность Баркера «1», «1», «-1» - в первой последовательности из пачки реализуется в виде последовательности видеоимпульсов с полярностями «+», «+», «-», а во второй последовательности из той же пачки видеоимпульсы имеют полярности «-», «-», «+». Условная осциллограмма одной пачки последовательностей видеоимпульсов выбранного закона кодирования представлена на фиг.3, кривая Б.
Одновременно последовательность коротких видеоимпульсов в том же формирователе 1 преобразуется в серии пачек последовательностей видеоимпульсов альтернативного закона кодирования, при этом каждая пачка состоит из двух последовательностей одинаковой размерности, закодированных в соответствии с альтернативным бинарным законом кодирования, при этом противоположные символы закона кодирования соответствуют разнополярным видеоимпульсам. Длительность видеоимпульсов равна длительности рабочего цикла при излучении радиоимпульсов зондирующего сигнала. При этом и первая и вторая последовательности видеоимпульсов выбранного закона кодирования из одной пачки закодированы по одному и тому же альтернативному закону кодирования, но на основе противоположных элементов. То есть альтернативный закон кодирования - последовательность Баркера «1», «1», «1» - в первой последовательности из пачки реализуется в виде последовательности видеоимпульсов с полярностями «+», «+», «+», а во второй последовательности видеоимпульсов из той же пачки видеоимпульсы имеют полярности «-», «-», «-». Условная осциллограмма одной пачки последовательностей видеоимпульсов альтернативного закона кодирования представлена на фиг.3, кривая В.
Серии пачек последовательностей видеоимпульсов альтернативного закона кодирования преобразуются в формирователе 1 в серии пачек последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов. Огибающая сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов состоит из двух коротких видеоимпульсов, имеющих разные полярности, при этом длительность и временной промежуток между этими видеоимпульсами одинаковы и равны примерно 5÷10% от длительности рабочего цикла при излучении радиоимпульсов зондирующего сигнала и равны 1 мкс. Передний фронт первого видеоимпульса огибающей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов совпадает с передним фронтом соответствующего видеоимпульса в серии пачек последовательностей видеоимпульсов альтернативного закона кодирования. Полярность первого видеоимпульса огибающей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов такая же, как у соответствующего видеоимпульса в серии пачек последовательностей видеоимпульсов альтернативного закона кодирования. Серии пачек последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов через выход I формирователя 1 поступают на управляющий вход генератора 2 вспомогательных радиоимпульсов. Условная осциллограмма одной пачки последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов представлена на фиг.3, кривая Г.
Одновременно через выход I формирователя 1 на управляющий вход генератора 2 вспомогательных радиоимпульсов поступает синхронизирующая последовательность.
Одновременно серии пачек последовательностей видеоимпульсов выбранного закона кодирования преобразуются в формирователе 1 в серии пачек последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки. Задний фронт видеоимпульсов серии пачек последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки совпадает с задним фронтом соответствующих видеоимпульсов пачек последовательностей видеоимпульсов выбранного закона кодирования. Формирование переднего фронта видеоимпульсов серии пачек последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки производится по следующему правилу: если полярность соответствующих видеоимпульсов в серии пачек последовательностей видеоимпульсов выбранного закона кодирования и в серии пачек последовательностей видеоимпульсов альтернативного закона кодирования совпадут, то передний фронт огибающей радиоимпульса сигнала накачки находится в конце первого соответствующего синхронизирующего видеоимпульса, а если нет, то фронт видеоимпульсов серии пачек последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки совпадает с фронтом соответствующей огибающей второго синхронизирующего видеоимпульса. Условная осциллограмма одной пачки последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки, представлена на фиг.3, кривая Д
Одновременно в формирователе 1 формируются серии пачек последовательностей стартующих видеоимпульсов сигнала накачки. Задний фронт видеоимпульсов серии пачек последовательностей стартующих видеоимпульсов сигнала накачки совпадает с задним фронтом соответствующих видеоимпульсов пачек последовательностей видеоимпульсов выбранного закона кодирования. Передний фронт видеоимпульсов серии пачек последовательностей стартующих видеоимпульсов сигнала накачки находится в конце первого соответствующего синхронизирующего видеопульса. Таким образом, все видеоимпульсы серии пачек последовательностей стартующих видеоимпульсов сигнала накачки имеют одинаковую длительность, например 10 мсек.
Условная осциллограмма одной пачки последовательностей стартующих видеоимпульсов сигнала накачки представлена на фиг.3, кривая Е.
В генераторе 2 вспомогательных радиоимпульсов серии пачек последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов преобразуются в серии пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов.
При наличии видеоимпульса из серии пачек последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов на входе генератора 2 вспомогательных радиоимпульсов, на его выходе формируется радиоимпульс из серии пачек последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов. Временные параметры радиоимпульсов из серии пачек последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов одинаковые: длительность 1 мкс, частота изменяется от 255 МГц до 250 МГц. Начальная фаза высокочастотного заполнения второго из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов определяется (предварительно рассчитывается) как противоположная (отличающаяся на π) фазе высокочастотного заполнения на частоте 255 МГц условного линейно-частотно-модулированного радиоимпульса с изменением частоты от 250 МГЦ до 300 МГц и длительностью 10 мкс, то есть в момент времени, равном 1 мкс от начала. При этом фаза высокочастотного заполнения этого условного линейно-частотно-модулированного радиоимпульса в начальный момент, то есть на частоте 255 МГц должна быть равна фазе высокочастотного заполнения первого из сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов в районе его заднего фронта. Условная осциллограмма одной пачки из серии пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов представлена на фиг.3, кривая Ж.
(Следует отметить, что изображения синусоидальных радиосигналов на фиг.3, 4, 5, 6, 7 выполнены условно, то есть число периодов колебаний на кривых не соответствует реальному и представлено для обозначения направления протекания физического процесса. Реальное число периодов существенно больше и не может быть представлено в четкой иллюстрации в разумных границах.)
Серии пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов с выхода генератора 2 вспомогательных радиоимпульсов поступают на вход высокочастотного усилителя 4, где усиливаются и при помощи антенны 6 излучаются в пространство в направлении предположительного нахождения широкополосного параметрического рассеивателя 8.
Серии пачек последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки, серии пачек последовательностей стартующих видеоимпульсов сигнала накачки, синхронизирующая последовательность через выход II формирователя 1 поступают на управляющий вход генератора 3 сигнала накачки.
Одновременно синхронизирующая последовательность, серии пачек последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки и серии пачек последовательностей огибающих сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов через выход III формирователя 1 поступают на синхронизирующий вход 1 приемника 11.
В генераторе 3 сигнала накачки видеоимпульсы серии пачек последовательностей стартующих видеоимпульсов сигнала накачки определяют начало и конец формируемого линейно-частотно-модулируемого радиоимпульса, в котором генерируемый радиоимпульс изменяет свою частоту от 500 МГц до 600 МГц за время 10 мкс. Эти видеоимпульсы поступают на выход генератора 3 сигнала накачки при условии, что на его входе присутствует видеоимпульс серии пачек последовательностей огибающих радиоимпульсов сигнала накачки. В результате на выходе генератора 3 сигнала накачки генерируются серии пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала накачки, при этом часть радиоимпульсов сигнала накачки формируется с параметрами: длительность 10 мкс, линейное изменение частоты от 500 МГц до 600 МГц; а остальные радиоимпульсы сигнала накачки имеют параметры: длительность 9 мкс, линейное изменение частоты от 510 МГц до 600 МГц. Условная осциллограмма одной пачки последовательностей радиоимпульсов сигнала накачки представлена на фиг.3, кривая И.
Серии пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала накачки с выхода генератора 3 сигнала накачки поступают на вход высокочастотного усилителя 5, где усиливаются и при помощи антенны 7 излучаются в пространство в направлении предположительного нахождения широкополосного параметрического рассеивателя 8.
В широкополосном параметрическом рассеивателе 8 в результате его облучения сериями пачек последовательностей радиоимпульсов сигнала накачки и сериями пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, в результате параметрической генерации в пространство переизлучается ответный сигнал в виде серий пачек последовательностей радиоимпульсов. Условная осциллограмма одной пачки последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала представлена на фиг.3, кривая К.
Ответный сигнал принимается антенной 9, усиливается высокочастотным усилителем 10 и поступает на сигнальный вход 2 приемника 11.
Антенной 9 также принимаются серии пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов из-за переотражений от местных предметов и подстилающей поверхности, далее серии пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов усиливаются высокочастотным усилителем 10 и поступают на сигнальный вход 2 приемника 11.
Принимаемые последовательности обрабатываются в приемнике 11. Обработка принимаемых последовательностей происходит на трех временных интервалах: на интервале пачки, на интервале последовательности, на интервале радиоимпульса ответного сигнала.
При обработке на интервале каждой пачки происходит сложение реализаций первой и второй принимаемых последовательностей.
Результат такой обработки для одной пачки последовательностей радиоимпульсов ответного сигнала представлен на фиг.4. Кривая А соответствует условной осциллограмме первой последовательности радиоимпульсов ответного сигнала, кривая Б соответствует условной осциллограмме второй последовательности радиоимпульсов ответного сигнала, кривая В соответствует результату их сложения, хорошо виден результат когерентного сложения радиоимпульсов ответного сигнала.
Результат обработки для одной пачки из серии пачек последовательностей сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов представлен на фиг.5. Кривая А соответствует условной осциллограмме первой последовательности сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов, кривая Б соответствует условной осциллограмме второй последовательности сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов.
Результаты сложения для последовательности сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов в принципе соответствуют полной взаимной компенсации вспомогательных сигналов, так как они излучаются в первой и во второй последовательностях синхронно и в противофазе. Однако такой полной взаимной компенсации не происходит из-за проявления случайных факторов: шумов, изменений окружающей обстановки за время периода следования серий и т.д. Поэтому важно обеспечить, чтобы при обработке на временных интервалах, равных периоду следования последовательности и длительности радиоимпульса ответного сигнала не происходило накопления помеховых сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов.
Результаты обработки последовательности радиоимпульсов ответного сигнала в соответствии с выбранным законом кодирования представлены на фиг.6, здесь кривые А, Б, В соответствуют этапам обработки входного сигнала в соответствии с алгоритмом кода Баркера из 3-х элементов, на кривой Г представлен результирующий сигнал. Хорошо видно, что в области главного максимума амплитуда сигнала увеличилась в три раза.
Результаты обработки в соответствии с выбранным законом кодирования последовательности сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов представлены на фиг.7, здесь кривые А, Б, В соответствуют этапам обработки входного сигнала в соответствии с алгоритмом кода Баркера из 3-х элементов, на кривой Г представлен результирующий сигнал. Хорошо видно, что накопления не происходит.
Обработка каждого радиоимпульса ответного сигнала в фильтре, согласованном с линейно-частотно-модулированным радиоимпульсом с линейным изменением частоты от 250 МГц до 300 МГц, имеющим длительность 10 мкс, приведет к появлению максимума выше уровня входного сигнала на величину базы.
Результат машинного эксперимента по прохождению через тот же фильтр, согласованный с линейно-частотно-модулированным радиоимпульсом с линейным изменением частоты от 250 МГц до 300 МГц и имеющий длительность 10 мкс, сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов с длительностью 1 мкс и с линейным изменением частоты от 255 МГц до 250 МГц представлено на фиг.8. Слева представлены сдвоенные вспомогательные радиоимпульсы, справа осциллограмма сигнала на выходе согласованного фильтра. Следует отметить, что сигналы в процессе прохождения через фильтр смыкаются, но не накладываются. В короткой области перекрытия существенно, что исходные импульсы противофазные, поэтому увеличения сигнала не наблюдается.
Выходной сигнал наблюдается на экране индикатора 12.
При превышении выходным сигналом порога обнаружения принимается решение о наличии в зоне обнаружения объекта, маркированного широкополосным параметрическим рассеивателем 8.
Формирователь 1 может быть реализован по [В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. Электроника. М.: Высшая школа, 1991, издание 2-е переработанное и дополненное, стр.489-585].
В качестве генератора 2 вспомогательных радиоимпульсов и генератора 3 сигнала накачки может быть использован стандартный генератор Г4-164.
В качестве высокочастотных усилителей 4, 5 могут быть использованы усилители от стандартного генератора Г4-128. В качестве антенн 6, 7, 9 могут быть использованы антенны П6-33.
Широкополосный параметрический рассеиватель 8 может быть изготовлен по [Н.Ю. Бабанов, А.С. Корсаков, С.В. Ларцов. Экспериментальное исследование амплитудно-частотных свойств субгармонических рассеивателей // Проектирование и Технология Электронных Средств, 2008, №3, с.22-27].
В качестве высокочастотного усилителя 10 может быть использован стандартный малошумящий усилитель МАХ 2640.
Приемник 11 может быть сформирован из аналого-цифрового преобразователя АЦП ZET 230 и сигнального процессора TMS 320 С 2000. В качестве индикатора 12 может быть использован компьютер типа Pentium 4.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить уровень помехового сигнала на выходе приемника, вызванного переотражениями сдвоенных вспомогательных радиоимпульсов от подстилающей поверхности и окружающих предметов, что приводит к увеличению дальности действия системы поиска.