ДВУХВОЛНОВЫЙ АДАПТИВНЫЙ РАДИОЛОКАТОР
TWO-WAVE ADAPTIVE RADAR

Предлагаемый радиолокатор относится к устройствам ближней радиолокации и предназначен, главным образом, для обнаружении низколетящей сосредоточенной цели на фоне сигналов, отраженных от распределенной морской поверхности и образованных облучением этой поверхности радиосигналом радиолокатора.
Известны многие взаимодействия радиолокатора с целью, расположенной над морской поверхностью в условиях влияния помех, образованных посторонними отражениями радиосигналов, в том числе и от протяженной морской поверхности. Проблема обнаружения низколетящей над морской поверхностью цели возникает во многих практических случаях, например, при необходимости обнаружения низколетящей противокорабельной ракеты (ПКР) или плавательных средств. В этих и многих других случаях на входе приемника радиолокатора появляются сигналы, образованные отражениями не только искомой целью, но и протяженной морской поверхностью, чем снижается вероятность правильного обнаружения самой цели [см.
1). Б.И.Родионов, Н.Н.Новичков. Крылатые ракеты в морском бою. М., Военное издательство, 1987. 215 с.;
2). В.А.Абчук, В.Г.Суздаль. Поиск объектов. Сов. радио, 1972. 334 с.;
3). Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Нью-Йорк 1970. Пер. с англ. Том 1. Основы радиолокации. М., Сов. радио, 1976. 456 с.].
Поставленная задача обнаружения низколетящей над протяженной морской поверхностью сосредоточенной цели современными радиолокаторами не всегда решается положительно из-за отрицательного влияния случайных помеховых сигналов, образованных отражениями радиосигнала от этой поверхности. Таким образом, при создании радиолокатора ближнего действия для обнаружения низколетящей цели должна решаться важная проблема - подавления фоновых помех, создаваемых отражениями радиосигналов от протяженной морской поверхности.
К радиолокаторам, которые обладают свойством однозначного обнаружения цели при относительно высокой помехоустойчивости к различным внешним помехам, относятся радиолокаторы с непрерывным сложным (шумоподобным) зондирующим сигналом [см. 1). Радиолокационные устройства (теория и принципы построения). Под ред. В.В.Григоряна-Рябова, М., Сов. радио, 1970. 680с.; 2). Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. Сов. радио. 1970.; 3). Патент США №3614782 МКИ G01S 42C 13/04; НКИ 343-7РГ, 102-70.2г за 1971 г.].
Из известных наиболее близким по технической сущности является радиолокационное устройство, описанное в патенте США №3419861, кл.343-7, заявл. 26.06.56, опублик. 31.12.68, структурная схема которого содержит приемопередающую антенну, приемопередающее устройство, усилитель доплеровских частот, перемножитель, фильтр нижних частот и исполнительный каскад. В таком радиолокаторе при обнаружении цели отраженный радиосигнал поступает через антенну на вход приемного устройства, с которого через усилитель доплеровских частот сигнал поступает на первый вход перемножителя, на второй вход которого этот сигнал поступает через некоторую временную задержку. С выхода перемножителя преобразованный низкочастотный сигнал через фильтр нижних частот поступает на вход исполнительного каскада. Появление сигнала на выходе исполнительного каскада свидетельствует об обнаружении цели.
Главным недостатком этой и подобных структурных схем радиолокаторов является их низкая помехоустойчивость к помехам, образованным отражениями радиосигнала от разных точек дальностей подстилающей морской поверхности, над которой движется искомая низколетящая сосредоточенная цель.
Техническим результатом реализации предлагаемого устройства является возможность радиолокатора в начальный период его работы подавлять отраженные радиосигналы радиолокатора от различных точек дальностей распределенной морской поверхности.
Технический результат достигается тем, что для возможности радиолокатора в начальный период его работы подавлять отраженные радиосигналы радиолокатора от различных точек дальностей распределенной морской поверхности в радиолокатор, содержащий первую приемопередающую антенну, первое приемопередающее устройство, первый усилитель доплеровских частот, перемножитель, фильтр нижних частот и исполнительный каскад введены вторая приемопередающая антенна, второе приемопередающее устройство, второй усилитель доплеровских частот, первый и второй переключатели, генератор пилообразного напряжения, компаратор, накопитель, и варикап таким образом, что первая приемопередающая антенна соединена с входом первого приемопередающего устройства, выход которого соединен с входом первого усилителя доплеровских частот, выход которого соединен с первым входом перемножителя, а вторая приемопередающая антенна соединена с входом второго приемопередающего устройства, выход которого соединен с входом второго усилителя доплеровских частот, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с первым входом первого переключателя, первый выход которого соединен со входом исполнительного каскада, второй выход первого переключателя соединен со входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен со входами компаратора и накопителя, выход накопителя соединен со вторым входом второго переключателя, а выход компаратора соединен с первым входом второго переключателя, первый выход которого соединен с входом варикапа, выход которого соединен со вторым входом второго приемопередающего устройства, второй выход второго переключателя соединен со вторым входом первого переключателя.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого двухволнового адаптивного радиолокатора, на котором обозначено:
1 - первая приемопередающая антенна;
2 - вторая приемопередающая антенна;
3 - первое приемопередающее устройство;
4 - второе приемопередающее устройство;
5 - первый усилитель доплеровских частот (УДЧ);
6 - второй усилитель доплеровских частот (УДЧ);
7 - перемножитель;
8 - фильтр нижних частот;
9 - первый переключатель;
10 - исполнительный каскад
11 - генератор пилообразного напряжения;
12 - компаратор;
13 - накопитель;
14 - второй переключатель;
15 - варикап.
Предлагаемый двухволновый адаптивный радиолокатор содержит: первую приемопередающую антенну 1, вторую приемопередающую антенну 2, первое приемопередающее устройство 3, второе приемопередающее устройство 4, первый усилитель доплеровских частот 5, второй усилитель доплеровских частот 6, перемножитель 7, фильтр нижних частот 8, первый переключатель 9, исполнительный каскад 10, генератор пилообразного напряжения 11, компаратор 12, накопитель 13, второй переключатель 14 и варикап 15 таким образом, что первая приемопередающая антенна 1 соединена со входом первого приемопередающего устройства 3, выход которого соединен со входом первого усилителя доплеровских частот 5, выход которого соединен с первым входом перемножителя 7, а вторая приемопередающая антенна 2 соединена со входом второго приемопередающего устройства 4, выход которого соединен со входом второго усилителя доплеровских частот 6, выход которого соединен со вторым входом перемножителя 7, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот 8, выход которого соединен с первым входом первого переключателя 9, первый выход которого соединен с входом исполнительного каскада 10, второй выход первого переключателя соединен с входом генератора пилообразного напряжения 11, выход которого соединен с входами компаратора 12 и накопителя 13, выход которого соединен со вторым входом второго переключателя 14, а выход компаратора 12 соединен с первым входом второго переключателя 14, первый выход которого соединен с входом варикапа 15, выход которого соединен со вторым входом второго приемопередающего устройства 4, второй выход переключателя 14 соединен со вторым входом первого переключателя 9.
Предлагаемый двухволновый адаптивный радиолокатор работает следующим образом. Сначала рассмотрим несколько общих положений и исходных состояний предлагаемого устройства.
Во-первых, адаптация предлагаемого радиолокатора к сигналам, отраженным от протяженной морской поверхности сводится к процессу разрушения корреляционных связей между двумя хаотическими (шумоподобными) сигналами, отраженными от протяженной морской поверхности путем изменения одной из частоты двух зондирующих сигналов радиолокатора. Так как в предлагаемом устройстве на вход двух приемников поступают хаотические (шумоподобные) сигналы, образованные отражениями от взволнованной (хаотической) морской поверхности, тогда адаптация радиолокатора к такой поверхности (т.е. снижение влияния на его работу помех, вызванных отражениями от этой поверхности) осуществляется путем разрушения корреляции между двумя излученными сигналами путем изменения частоты излучения в одном из приемопередатчиков.
В предлагаемом устройстве коррелятор формируется элементами: первым и вторым усилителями доплеровских частот 5 и 6, перемножителем 7 и фильтром нижних частот 8 (выполняющий функцию интегратора).
В предлагаемом устройстве снижение уровня сигнала на выходе коррелятора до порогового минимального значения приводит к прекращению изменения излучаемых частот и при дальнейшей работе радиолокатора обеспечивается обнаружение сосредоточенной цели с повышенной вероятностью, так как после адаптации (разрушения корреляции между двумя принятыми от протяженной морской поверхностью сигналами) на дальнейшую работу радиолокатора отсутствует влияние действия помех, образованных отражениями сигналов от морской поверхности.
Во вторых, в начальный момент времени некоторые элементы предлагаемого радиолокатора находятся в следующем исходном состоянии:
1) в начальный момент времени в первом переключателе 9 его первый вход переключен на его второй выход;
2) в начальный момент времени во втором переключателя 14 его первый выход переключен на его второй вход;
-6
-7
3) в начальный момент времени двумя приемопередающими устройствами излучаются сигналы одинаковой или достаточно близкой частоты с отклонениями частоты между ними не более 10-10 (см. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения. Под ред. В.В.Григоряна-Рябова, М., Сов. радио, 1970. 680 с.).
1
2
2
n
Итак, в первоначальный момент времени приемопередающие устройства 3 и 4 через антенны 1 и 2 излучают периодические радиосигналы с близкими частотами, например f и f. В это время (еще до возможного обнаружения поисковой сосредоточенной цели) на вход антенн 1 и 2 поступают отраженные от протяженной морской поверхности сигналы, имеющие хаотический (шумоподобный) характер, образованный хаотическим состоянием взволнованной морской поверхности. Принятые отраженные сигналы одинаковые (или близкие) по частоте и поэтому они коррелированные между собой, в результате чего в начальный момент работы радиолокатора принятые приемопередающими устройствами 3 и 4 сигналы отличается от излученных на величину доплеровских частот, обусловленных скоростями движения морских волн и радиолокатора. После выделения сигналов доплеровских частот в приемопередающих устройствах 3 и 4 и усиления их в соответствующих усилителях доплеровских частот 5 и 6 сигналы поступают соответственно на первый и второй входы перемножителя 7, откуда преобразованный (в результате перемножения) сигнал поступает на фильтр нижних частот 8, с выхода которого сигнал низкой частоты поступает на первый вход первого переключателя 9, со второго выхода которого сигнал поступает на вход генератора пилообразного напряжения 11, который начинает работать. Появившийся сигнал на выход генератора пилообразного напряжения 11 поступает одновременно как на вход компаратора 12, так и на вход накопителя 13, с выхода которого сигнал поступает на второй вход второго переключателя 14. В это же время на выходе компаратора 12 сигнала не будет до тех пор, пока на входе компоратора 12 будет сигнал, поступающий с выхода генератора пилообразного напряжения 11. На вход накопителя 13 поступают сигналы от генератора пилообразного напряжения 11, в результате чего на выходе накопителя 13 растет напряжение, поступающее на второй вход второго переключателя 14, с первого выхода которого этот сигнал поступает на вход варикапа 15, у которого в результате изменения напряжения от накопителя 13 изменяется электрическая емкость, приводящая к изменению частоты излучения сигнала второго приемопередающего устройства 4 от значений f до значений f. Во времени перестройка излучаемой частоты радиосигнала в приемопередатчике 4 происходит до момента прекращения работы генератора пилообразного напряжения 11, которое происходит при снижении на его входе сигнала до нижнего порогового уровня (или полного его отсутствия) вызванное разрушением корреляционных связей между двумя сигналами, принятыми от протяженной морской поверхности двумя приемопередающими устройствами 3 и 4, в результате чего отсутствует сигнал на выходе фильтра нижних частот 8 и, естественно, на первом входе первого переключателя.
Выбор минимального порогового уровня, при котором происходит прекращение работы генератора пилообразного напряжения 11, производится по статистическим данным и количественно оценивается заданными вероятностями правильного обнаружения, ложного срабатывания и пропуска цели (см. например, А.А.Афанасьев, В.А.Горбунов. Эффективность обнаружения целей радиотехническими средствами наблюдения. М., Военное издательство. 1964, 122 с.). В дальнейшей работе предлагаемого устройства частота излученного сигнала приемопередающего устройства 4 поддерживается неизменной напряжением, установленным ранее в накопителе 13. Отсутствие сигнала на выходе генератора пилообразного напряжения 11 и, соответственно, на входе компаратора 12 приводит к появлению сигнала на его выходе, который поступает на первый вход второго переключателя 14, в результате этого переключатель 14 соединяет его первый вход со вторым выходом, в результате чего на второй вход первого переключателя 9 поступает сигнал с компаратора 12, вызывая в первом переключателе 9 соединение первого входа с его первым выходом, соединяющий его со входом исполнительного каскада 10.
На этом процесс адаптации радиолокатора к подстилающей протяженной морской поверхности прекращается, и в дальнейшем он работает как обычный двухволновый радиолокатор с разнесенными частотами излучения в приемопередающих устройствах 3 и 4.
Практическая реализация предлагаемого двухволнового адаптивного радиолокатора не представляет затруднений и может быть осуществлена применением широко известных аналоговых элементов и интегральных микросхем (см., например, Интегральные микросхемы. Справочник. Под общей ред. Б.В.Тарабрина. М., Изд. Сов. радио, 1984).
Изготовленный и испытанный как в лабораторных, так и в натурных морских условиях макет предлагаемого двухволнового адаптивного радиолокатора показал его полную работоспособность.
Введением предлагаемых новых элементов и связей между ними принципиально по-новому решается проблема создания двухволнового адаптивного радиолокатора для селекции низколетящих целей над морской поверхностью.