ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ПОЛНОПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКОЙ МОНОИМПУЛЬСНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ С НЕФИКСИРОВАННОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ

Физическая модель широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной радиолокационной станции с нефиксированной конфигурацией Предлагаемое устройство относится к области радиотехники, и может быть использовано для исследования характеристик вторичного излучения радиолокационных целей с функциональным обеспечением безэховости, методов и алгоритмов работы радиолокационных систем различного назначения.
Известен ряд радиолокаторов, имеющих возможность определения радиолокационных характеристик различных объектов, в том числе на фоне подстилающей поверхности. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является короткоимпульсный моноимпульсный радиолокатор с электронным сканированием в одной плоскости (патент РФ №2460089). Данный радиолокатор содержит, по меньшей мере, одно передающее устройство, схему формирования суммарной и разностной диаграмм антенн, передающую фазированную антенную решетку, приемную фазированную антенную решетку, по меньшей мере, одно приемное устройство, блок управления и первичной обработки, соединенный каналом передачи данных с ЭВМ обработки информации, генератор сигналов, систему стробирования, определенным образом соединенные между собой.
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности формирования полнополяризационного поля зондирующих сигналов, отсутствие пространственной селекции по поляризационным признакам, а также невысокая разрешающая способность по дальности, что затрудняет детальное исследование дальностных портретов (сглаженные импульсные и частотные характеристики) объектов и не обеспечивает безэховости. Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей по формированию, передаче, приему и обработке радиосигналов различного вида.
Технический результат достигается за счет того, что у радиолокатора, состоящего из приемной части, передающей части, многоканальной антенной системы и управляющего компьютера, согласно полезной модели что передающая часть состоит из последовательно соединенных узла цифровой обработки сигналов и цифро-аналогового преобразователя, соединенного с первым усилителем промежуточной частоты, выход первого усилителя промежуточной частоты соединен с первым входом первого перемножителя, выход первого перемножителя соединен со входом полосового фильтра, выход полосового фильтра через первый усилитель соединен со входом первого аттенюатора, имеющего дополнительно вход управления, выход первого аттенюатора соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен со входом первого разветвителя, имеющего два выхода, первый выход первого разветвителя соединен с первым переключателем, имеющим вход управления, второй выход первого разветвителя соединен со вторым переключателем, имеющим вход управления, причем оба переключателя имеют два выхода, выходы первого и второго переключателей соединены со входами ортогональных излучателей горизонтальной и вертикальной плоскости поляризации первой и второй передающей антенны многоканальной антенной системы соответственно; приемная часть состоит из двух приемных антенн многоканальной антенной системы, выходы излучателей горизонтальной и вертикальной плоскости поляризации которых соединены с первым и вторым входами третьего и четвертого переключателей соответственно, каждый из которых имеет вход управления, выходы третьего и четвертого переключателей соединены со входами третьего и четвертого усилителей соответственно, выходы усилителей соединены с первым и вторым входами суммарно-разностного моста, суммарный и разностный выходы которого соединены с первым и вторым входами пятого переключателя, который снабжен входом управления, выход пятого переключателя соединен со входом пятого усилителя, выход которого через второй аттенюатор, снабженный входом управления, соединен с первым входом второго перемножителя, выход второго перемножителя соединен со входом фильтра нижних частот, выход фильтра соединен через второй усилитель промежуточной частоты со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом узла цифровой обработки сигналов; управляющий компьютер соединен с узлом цифровой обработки сигналов, который имеет управляющие выходы, первый из которых соединен со входом управления первого переключателя, второй - со входом управления второго переключателя, третий - со входом управления третьего переключателя, четвертый - со входом управления четвертого переключателя, пятый - со входом управления пятого переключателя, шестой - со входом управления первого аттенюатора, седьмой - со входом управления второго аттенюатора, восьмой со входом синтезатора частоты; выход синтезатора частоты через шестой усилитель и третий аттенюатор соединен со входом второго разветвителя, который имеет два выхода, первый выход второго разветвителя соединен со вторым входом первого перемножителя, второй выход второго разветвителя соединен со вторым входом второго перемножителя.
Конструкция физической модели поясняется чертежами:
Фиг. 1. - Структурная схема физической модели широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной радиолокационной станции с нефиксированной конфигурацией.
На фиг. 1 обозначены управляющий компьютер 1, цифро-аналоговый преобразователь 2, узел цифровой обработки сигналов (ЦОС) 3, имеющее восемь выходов управления, аналого-цифровой преобразователь 4, первый усилитель промежуточной частоты 5, первый перемножитель 6, полосовой фильтр 7, первый усилитель 8, первый аттенюатор 9, второй усилитель 10, первый разветвитель 11, первый переключатель 12, второй переключатель 13, первая передающая антенна 14, вторая передающая антенна 15, первая приемная антенна 16, вторая приемная антенна 17 многоканальной антенной системы, третий переключатель 18, четвертый переключатель 19, третий усилитель 20, четвертый усилитель 21, суммарно-разностный мост 22, пятый переключатель 23, пятый усилитель 24, второй аттенюатор 25, второй перемножитель 26, фильтр нижних частот 27, второй усилитель промежуточной частоты 28, синтезатор частоты 29, шестой усилитель 30, третий аттенюатор 31, второй разветвитель 32.
Физическая модель широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной РЛС с нефиксированной конфигурацией состоит из приемной и передающей частей и управляющего компьютера 1.
Передающая часть состоит из узла ЦОС 3, цифро-аналогового преобразователя 2, соединенного с первым усилителем промежуточной частоты 5, выход первого усилителя промежуточной частоты соединен с первым входом первого перемножителя 6, выход первого перемножителя 6 соединен со входом полосового фильтра 7, выход которого через первый усилитель 8 соединен со входом первого аттенюатора 9, имеющего дополнительно вход управления. Выход аттенюатора 9 соединен со входом первого разветвителя 11 через второй усилитель 10. Первый разветвитель 11 имеет два выхода, первый выход разветвителя 11 соединен с первым переключателем 12, который снабжен входом управления, второй выход разветвителя 11 соединен со вторым переключателем 13, также имеющим вход управления, причем оба переключателя имеют два выхода, выходы первого 12 и второго переключателей 13 соединены с ортогональными излучателями горизонтальной 14-Г, 15-Г и вертикальной 14-В, 15-В плоскостей поляризации первой 14 и второй 15 передающей антенны многоканальной антенной системы соответственно.
Приемная часть состоит из двух приемных антенн 16, 17 многоканальной антенной системы выходы излучателей 16-Г, 17-Г горизонтальной и 16-В, 17-В вертикальной плоскостей поляризации которых соединены соответственно с третьим и четвертым переключателем 18, 19, каждый из которых имеет вход управления. Выходы переключателей 18, 19 соединены со входами третьего 20 и четвертого 21 усилителей соответственно. Выходы усилителей 20, 21 соединены с первым и вторым входами суммарно-разностного моста 22, суммарный и разностный выходы которого соеденены с первым и вторым входами пятого переключателя 23, который снабжен входом управления. Выход пятого переключателя 23 соединен со входом пятого усилителя 24, выход которого через второй аттенюатор 25, имеющий вход управления, соединен с первым входом второго перемножителя 26. Выход перемножителя 26 соединен со входом фильтра нижних частот 27. Выход фильтра 27 соединен через второй усилитель промежуточной частоты 28 со входом аналого-цифрового преобразователя 4.
Управляющий компьютер 1 соединен с устройством цифровой обработки сигналов 3, которое в свою очередь соединено с цифро-аналоговым 2 и аналого-цифровым преобразователем 4, и имеет управляющие выходы, первый из которых соединен со входом управления первого переключателя 12, второй - со входом управления второго переключателя 13, третий - со входом управления третьего переключателя 18, четвертый - со входом управления четвертого переключателя 19, пятый - со входом управления пятого переключателя 23, шестой - со входом управления первого аттенюатора 9, седьмой - со входом управления второго аттенюатора 25, восьмой - с синтезатором частот 29. Выход синтезатора частот 29 через шестой усилитель 30 и третий аттенюатор 31 соединен со входом второго разветвителя 32, который имеет два выхода, первый выход второго разветвителя 32 соединен со вторым входом первого перемножителя 6, второй выход второго разветвителя соединен со вторым входом второго перемножителя 26.
Устройство работает следующим образом. На управляющем компьютере 1 задаются параметры реализуемого алгоритма формирования и обработки сигналов. С выхода компьютера 1 параметры алгоритма в виде команд передаются на узел цифровой обработки сигналов 3. В узле 3 происходит обработка поступающих от компьютера команд, формирование сигналов управления и передача их на соответствующие выходы управления. Выходы управления с первого по четвертый соединены с переключателями 12, 13, 18, 19 соответственно для задания вертикального, горизонтального и смешанных режимов поляризации путем подключения сформированных зондирующих сигналов ко входам В и Г передающих антенн 14, 15 и снятия принятых сигналов с выходов В и Г приемных антенн 16 и 17 соответственно.
Каждый режим в каждой конкретно взятой антенне включается отдельно посредством передачи сигнала по входу управления соответствующего переключателя. Таким образом, достигается шестнадцать комбинаций подключения излучателей антенн (Таблица 1), что позволяет получить дополнительную возможность пространственной селекции по поляризационным признакам.
Таблица 1
Антенны
№ варианта
Передатчик
Приемник
Первая антенна
Вторая антенна
Третья антенна
Четвертая антенна
1
↑
↑
↑
↑
2
↑
↑
↑
→
3
↑
↑
→
→
4
↑
↑
→
↑
5
↑
→
↑
↑
6
↑
→
↑
→
7
↑
→
→
→
8
↑
→
→
↑
9
→
→
↑
↑
10
→
→
↑
→
11
→
→
→
→
12
→
→
→
↑
13
→
↑
↑
↑
14
→
↑
↑
→
15
→
↑
→
→
16
→
↑
→
↑
Варианты подключения антенны:
↑ - вертикальная поляризация; → - горизонтальная поляризация
Также по управляющим выходам устройства цифровой обработки сигналов задается несущая частота, на которой будет работать физическая модель, посредством передачи сигнала на синтезатор частот 29, который на выходе формирует сигнал опорной частоты. Через усилитель 30 и аттенюатор 31 сигнал опорной частоты поступает на второй разветвитель 32, где сигнал разделяется на два канала и с выходов разветвителя 32 подается на перемножители передающей и приемной частей физической модели (первый перемножитель 6 и второй перемножитель 26 соответственно).
Передающая часть физической модели радиолокационной станции предназначена для формирования зондирующего импульса. На управляющем компьютере 1 задаются параметры зондирующего сигнала, которые подаются на устройство цифровой обработки сигналов 3, в котором в цифровой форме осуществляется формирование зондирующего сигнала с последующим преобразованием в аналоговый сигнал на промежуточной частоте при помощи цифро-аналогового преобразователя 2. Сформированный на выходе цифро-аналогово преобразователя 2 сигнал промежуточной частоты через усилитель промежуточной частоты 5 подается на первый вход перемножителя 6, на другой вход которого подан сигнал с синтезатора частот 29. Далее с выхода перемножителя 6 сигнал подается на полосовой фильтр 7 при помощи которого выделяется зондирующий радиосигнал на несущей частоте. С выхода полосового фильтра 7 сигнал через усилитель 8, управляемый аттенюатор 9 и усилитель 10 подается на разветвитель 1. С выходов разветвителя сигнал подается на переключатели 12 и 13, на входы управления которых поданы сигналы включения режима поляризации передающих антенн 14, 15. Антенны 14, 15 излучают зондирующий сигнал заданной поляризации.
Приемная часть предназначена для согласованного поляризационного приема отраженных сигналов. Согласованность достигается путем подачи сигналов управления с устройства цифровой обработки сигналов 3 на управляющие входы переключателей 18, 19, 23. Сигналы после согласованного поляризационного приема антеннами 16 и 17 проходят через переключатели 18 и 19, малошумящие усилители 20, 21 на входы суммарно-разностного моста 22, где выполняется суммарно-разностная обработка принятых сигналов. Суммарный и разностный выходы суммарно-разностного моста 22 подключены ко входам переключателя 23, с выхода которого один из сигналов передается на вход усилителя 24 для дальнейшей обработки. После прохождения принятого сигнала через усилитель 24, второй аттенюатор 25, сигнал поступает на первый вход второго перемножителя 26, на второй вход которого подан сигнал опорной частоты. С выхода перемножителя 26 сигнал поступает на фильтр нижних частот 27, на выходе которого выделяется принятый радиосигнал на промежуточной частоте, после чего через усилитель промежуточной частоты 28 поступает на аналого-цифровой преобразователь 4. После преобразования цифровой сигнал подается на узел цифровой обработки 3 и для дальнейшего анализа и обработки на управляющий компьютер 1.
Основным элементом узла ЦОС является программируемая логическая схема (ПЛИС), реализуемая структура которой определяется конфигурационной прошивкой и может быть любой в рамках технических характеристик ПЛИС. Конфигурационная прошивка ПЛИС, определяющая технические характеристики каналов приема и передачи, хранится в управляющем компьютере и с него загружается в ПЛИС, что обеспечивает гибкую реконфигурируемость приемно-передающих трактов - их адаптацию для решения различных задач. Аналогичными свойствами обладает программное обеспечение управляющего компьютера. Таким образом реализуется технология радиотехнической системы с нефиксированной конфигурацией (патент №120789).
Благодаря описанной структуре управления антеннами и узлом ЦОС физическая модель имеет следующие функциональные возможности:
- формирование зондирующих радиоимпульсов в X диапазоне длительностью от сверхкоротких до непрерывных, в том числе с внутриимпульсной модуляцией, что позволяет получать и детально исследовать дальностные портреты (сглаженные импульсные и частотные характеристики) объектов;
- формирование полнополяризационной структуры поля зондирующего сигнала и поляризационно согласованного приема отраженных сигналов за счет наличия как в передающей, так и в приемной части многоканальной антенной системы не менее 2-х антенн с ортогональной поляризацией, что дает возможность получать и исследовать поляризационные портреты объектов и подстилающей поверхности, обеспечить возможность реализации пространственно-поляризационной селекции целей на фоне помех и подстилающей поверхности;
- обеспечение гибкой (адаптивной) реконфигурации структуры РЛС путем программного (адаптивного) управления функциональными узлами РЛС, что позволяет исследовать различные алгоритмы формирования и обработки сигналов;
пр
- цифровое формирование и обработка сигналов на промежуточной частоте в полосе f≈1,4-2,2 ГГц, что позволяет получить фазовые соотношения принятых сигналов и исследовать показатели качества разрешения, измерения и распознавания целей;
- как минимум двухканальное построение высокочастотного передающего и приемного трактов, что позволяет исследовать амплитудные и фазовые методы пеленгации и помехозащиты РЛС.
Описанная физическая модель широкополосной полнополяриметрической моноимпульсной радиолокационной станции с нефиксированной конфигурацией может быть осуществлена с применением известных в области радиоэлектроники устройств и элементов.