Установка для полунатурного моделирования работы системы ближней радиолокации
INSTALLATION FOR SEMI-NATURAL SIMULATION OF THE OPERATION OF THE NEAR-RANGE RADAR SYSTEM

Изобретение относится к технике ближней радиолокации и может быть использовано для исследования функционирования, испытания и измерения параметров устройств систем ближней радиолокации (СБРЛ) в лабораторных условиях, в том числе - с сверхкороткоимпульсным сигналом.
Подобные ранее предложенные установки известны - например, патент США №4969819А, 13.11.1990, МПК G09B 9/54. Согласно этому патенту, установка содержит приемопередающую антенную систему, усилители высокой частоты, задающий генератор, генератор помех и смеситель. Эта установка не предоставляет возможности управления параметрами ее сигналов в реальном масштабе времени сближения СБРЛ с объектами локации, что снижает информативность и достоверность результатов исследований.
Известна схема установки для полунатурного моделирования работы систем ближней радиолокации, (патент РФ № RU 2349963 от 23.04.2007. МПК G09B 9/54), содержащей приемную и передающую антенны, управляемую линию задержки, управляемый аттенюатор отраженного сигнала, управляемый аттенюатор помех, генератор помех, сумматор и управляющую ЭВМ, где при этом управляющая ЭВМ соединена с управляемым аттенюатором отраженного сигнала, управляемым аттенюатором помех и управляемой линией задержки, приемная антенна последовательно соединена с управляемой линией задержки, аттенюатором отраженного сигнала, сумматором и передающей антенной, а управляемый аттенюатор помех включен между генератором помех и сумматором. Эта установка позволяет моделировать сигнал, отраженный от объекта локации, а также возможные помехи с учетом реальной динамики взаимодействия СБРЛ с объектом локации, благодаря наличию управляемой линии задержки, в которой для этой цели применен набор отрезков коаксиальных, оптоволоконных и полосковых линий связи, коммутируемых в необходимом порядке и с необходимой скоростью через управляющую ЭВМ.
Это устройство наиболее близко к предлагаемому в данной заявке техническому решению и принимается за прототип.
Нашими исследованиями выяснено, что при полунатурном моделировании работы системы ближней радиолокации с сверхкороткоимпульсным (СКИ) и сверхширокополосным (СШП) сигналом на этой установке выявляются проблемы, принципиально неразрешимые в рамках уже известных технических решений. Главной из этих проблем является недопустимо большая потеря мощности отраженного сигнала в имеющемся преобразующем тракте установки с сопутствующими искажениями формы сигнала и как следствие - снижение достоверности проводимого на такой установке полунатурного моделирования работы системы ближней радиолокации и в особенности - с СКИ-сигналом. Эта проблема настоятельно нуждается в успешном разрешении, в связи с несомненными перспективами разработки систем ближней радиолокации с СКИ-сигналом. СКИ или СШП локация, в отличие от традиционной узкополосной доплеровского типа, использующей непрерывный сигнал с частотной модуляцией, характеризуется уменьшением длительности зондирующего импульса до 1 наносекунды и менее. При этом информативность зондирующего сигнала резко возрастает (Иммореев И.Я., Синявин А.Н. Излучение сверхширокополосных сигналов. Антенны, Вып. 1(47), 2001 год). СКИ/СШП локация имеет преимущества перед традиционной локацией, так как здесь инструмент, которым исследуется пространство, становится значительно более тонким и чувствительным, благодаря чему:
- повышается точность измерения расстояния до объекта локации и разрешающая способность локатора;
- появляется возможность распознавания класса и типа цели;
- уменьшается «мертвая зона» локатора;
- повышается помехоустойчивость и обеспечивается скрытность применения, обусловленная сверхмалой энергией зондирующего СКИ-сигнала, вследствие чего его трудно обнаружить приемными устройствами станций помех, воспринимающими зондирующий сигнал, как белый шум.
При этом нами было выяснено, что при осуществлении полунатурного моделирования СКИ-локатора на известной установке, принимаемой за прототип, СШП сигнал от исследуемого СКИ-локатора по мере прохождения от приемной антенны до сумматора установки весьма заметно уменьшается по амплитуде, претерпевая при этом амплитудно-частотные и фазовые искажения. Это существенно снижает достоверность результатов такого моделирования.
Для разрешения выявленной в прототипе проблемы - недопустимого снижения амплитуды исследуемого отраженного сигнала - в известной установке для полунатурного моделирования системы ближней радиолокации, содержащей приемную и передающую антенны, управляемую линию задержки, управляемый аттенюатор отраженного сигнала, управляемый аттенюатор помех, генератор помех, сумматор и управляющую ЭВМ, где при этом управляющая ЭВМ соединена с управляемым аттенюатором отраженного сигнала, управляемым аттенюатором помех и управляемой линией задержки, приемная антенна последовательно соединена с управляемой линией задержки, аттенюатором отраженного сигнала, сумматором и передающей антенной, а управляемый аттенюатор помех включен между генератором помех и сумматором, добавляется блок формирования запуска и СКИ генератор, при этом блок формирования запуска включен между приемной антенной и управляемой линией задержки, а СКИ генератор включен между управляемой линией задержки и аттенюатором отраженного сигнала.
Кроме того, возможно выполнение управляемой линии задержки цифровой.
Помимо этого, возможно добавление в установку блока амплитудно-частотной коррекции, включаемого между выходом СКИ-генератора и входом в управляемый аттенюатор отраженного сигнала.
Наличие в предлагаемой установке СКИ-генератора позволяет синтезировать отраженный сигнал, вместо прямой его трансляции от изделия через приемную антенну установки и тем самым улучшает соотношение сигнал-шум и, соответственно, метрологические свойства установки, благодаря исключению приемной антенны с сопутствующими потерями непосредственно из тракта формирования отраженного сигнала. Это особенно актуально для полунатурного моделирования СКИ-локаторов с сопутствующим СШП диапазоном приемо-передающего тракта, вследствие объективного отсутствия возможности достаточно полного согласования параметров антенны изделия и приемной антенны установки с СШП диапазоном работы этого изделия, приводящей в прототипе к существенным потерям мощности сигнала при его прохождении от входа в передающую антенну изделия к выходу из приемной антенны установки. В предлагаемом устройстве эта проблема устранена. При этом приемная антенна установки используется для отсчета необходимого времени задержки, реализуемого в дальнейшем в управляемой линии задержки - через вводимый в установку блок формирования запуска - и уже не является причиной неприемлемого снижения амплитуды и искажения формы формируемого СШП-сигнала.
Выполнение линии задержки в цифровой форме позволяет по сравнению с ее аналоговой формой, представленной в прототипе, дополнительно многократной повысить точность формирования задержки и тем самым позволяет добиться дополнительного улучшения метрологических свойств установки.
Блок частотной коррекции, включаемый, согласно данной заявке, между выходом СКИ-генератора и входом в управляемый аттенюатор отраженного сигнала, реализует возможность согласования распределения мощности синтезируемого отраженного сигнала по частотному диапазону в соответствии с типом подстилающей поверхности или свойствами цели. При наличии в установке блока частотной коррекции, в случае необходимости, возможна подача синтезированного отраженного сигнала непосредственно в антенный тракт исследуемого СКИ-локатора по проводной, либо волноводной линии. Это дополнительно улучшает соответствие результатов полунатурного моделирования на установке натурным условиям работы исследуемого СКИ-локатора и повышает достоверность такого моделирования.
Изобретение иллюстрируется фиг. 1.
Здесь изображена блок-схема предлагаемого устройства в составе: исследуемая СБРЛ - СКИ локатор (1), приемная антенна (2), передающая антенна (3), цифровая управляемая линия задержки (4), управляемый аттенюатор отраженного сигнала (5), управляемый аттенюатор помех (6), генератор помех (7), сумматор (8) и управляющая ЭВМ (9), блок формирования запуска (10), СКИ генератор (11), блок амплитудно-частотной коррекции (12), радиопоглощающая камера (13). Управляющая ЭВМ (9) соединена с управляемым аттенюатором отраженного сигнала (5), управляемым аттенюатором помех (6) и цифровой управляемой линией задержки (4). Приемная антенна (2) последовательно соединена с блоком формирования запуска (10), цифровой управляемой линией задержки (4), СКИ генератором (11), блоком амплитудно-частотной коррекции (12), управляемым аттенюатором отраженного сигнала (5), сумматором (8) и передающей антенной (3). Управляемый аттенюатор помех (6) включен между генератором помех (7) и сумматором (8). СБРЛ - СКИ локатор (1).
Устройство, блок-схема которого изображена на фиг. 1, применительно к актуальнейшей задаче исследования СКИ локационных систем работает следующим образом. Исследуемый СКИ локатор (1) вместе с приемной антенной (2) и передающей антенной (3) установки для полу натурного моделирования размещают совместно в безэховой камере (13) - см., например, FACT 3 ETS-Lindgren. Предпочтительное их взаимное расположение - согласно фиг. 1. При этом угол между осями диаграмм направленности приемной антенны (2) и передающей антенны (3) по нашим данным целесообразно выбирать равным 90 градусов плюс минус 15 градусов. Излучаемый испытуемым СКИ локатором (1) зондирующий сигнал через приемную антенну (2) поступает на блок формирования запуска (10). После прихода СКИ сигнала от исследуемого локатора (1) в блоке формирования запуска (10) формируется импульс запуска для отсчета необходимого времени задержки. Блок формирования запуска (10) может быть спроектирован на основе широкополосного усилителя 2-20 ГГц MSLA-20180-4. Импульс запуска от блока формирования запуска (10) поступает на вход блока цифровой управляемой задержки (4), где задерживается на время, соответствующее текущей дальности до цели (отражающего объекта), и далее запускает генератор СКИ сигнала (11). Блок управляемой цифровой задержки (4) может быть построен на микросхемах SY100EP195V с обеспечением переменной временной задержки в диапазоне 6…36 не с шагом 10 пс.Включаемый следом за ним СКИ генератор (11), выполненный, например, на основе ДДРВ, подает СШП сигнал на вход блока амплитудно-частотной коррекции (12) - специализированный
высокочастотный фильтр, построенный, например, по полосковой технологии. Выход блока амплитудно-частотной коррекции (12) соединен с входом управляемого аттенюатора отраженного сигнала (5), служащего для управления уровнем моделируемого отраженного сигнала. С выхода управляемого аттенюатора отраженного сигнала (5) синтезированный таким образом отраженный сигнал поступает на сумматор (8). С выхода сумматора (8) синтезированный отраженный сигнал через передающую антенну (3) поступает на испытуемое изделие СКИ СБРЛ (1).
Управляющая ЭВМ (9) по заданным исходным данным об условиях применения испытуемого изделия СБРЛ - параметрах встречи с объектом локации и помеховой ситуации - рассчитывает параметры отраженного от цели сигнала (уровень и задержку) и в каждой дискретной точке траектории подает команды на цифровую управляемую линию задержки (4), а также на управляемый аттенюатор отраженного сигнала (5) и управляемый аттенюатор помех (6) в реальном масштабе времени.