Патент ru 2412449 имитатор радиолокационной цели

имитатор радиолокационной цели

Изобретение относится к радиолокации, в частности к имитаторам радиолокационного сигнала цели, и может быть использовано в составе комплекса, имитирующего многоцелевую сцену по дальности, доплеровской частоте и углу для исследования процессов поиска, обнаружения и сопровождения цели (целей). Достигаемый технический результат — повышение достоверности имитации сигнала цели при сканировании сцены проверяемой РЛС при одновременном снижении сложности подготовки и проведения испытаний. Указанный результат достигается за счет того, что перед боевой работой проводится калибровка имитатора, при которой принятый от сканирующей РЛС сигнал, перед преобразованием на промежуточную частоту и задержкой на промежуточной частоте, ослабляется первым аттенюатором на соответствующую величину, обеспечивающую установку максимума сигнала на входе схемы цифровой задержки равным максимально допустимому значению, а перед обратным преобразованием задержанного сигнала на несущую ослабляется вторым аттенюатором на величину, равную разнице между затуханием сигнала в радиолинии РЛС-цель, и суммой затухания сигнала в первом аттенюаторе и постоянных потерь в имитаторе. Для установки затухания первого аттенюатора при калибровке проводится детектирование выходного сигнала первого аттенюатора, его оцифровка, определение рассогласования максимума оцифрованного сигнала на каждом цикле сканирования от допустимого, по которому вычислитель регулирует затухание сигнала в первом аттенюаторе в сторону уменьшения рассогласования, пока рассогласование не станет меньше допуска. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2412449

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, в частности к имитаторам сигнала цели, и может быть использовано как для имитации сигналов целей, находящихся на фиксированном направлении, так и в составе комплекса, имитирующего многоцелевую по дальности, доплеровской частоте и углу сцену для исследования процессов поиска, обнаружения и сопровождения цели (целей).

Известен имитатор радиолокационного портрета реальной цели [1], в котором сигнал радиолокационной станции (РЛС), принятый приемной антенной имитатора, усиливается, задерживается в многоотводной сверхвысокочастотной (СВЧ) линии задержки в расчетном диапазоне дальностей. Задержанные сигналы модулируются по амплитуде, сдвигаются на имитируемые доплеровские частоты, складываются, излучаются передающей антенной имитатора в качестве имитируемого сигнала (сигналов) цели.

Недостатком устройства является относительно низкая достоверность имитации сигнала цели за счет отсутствия согласования уровня сигнала, поступающего с приемной антенны имитатора, с динамическим диапазоном последовательно соединенных усилителя и устройства задержки, при этом при сканировании сцены антенной РЛС в имитаторе возможны искажения имитируемого сигнала. Кроме того, весьма сложна и трудоемка подготовка и проведение испытаний каждой РЛС, связанные с необходимостью высокоточной аттестации диаграммы направленности антенны (ДНА) проверяемой РЛС, углового положения имитируемой цели относительно осей РЛС, вычисления текущих углов между направлением ДНА и направлением на имитируемую цель, по которым с учетом аттестации ДНА вычисляется уровень сигнала РЛС на входе приемной антенны имитатора, необходимое затухание сигнала в имитаторе на расчетной задержке сигнала цели для каждого положения ДНА проверяемой РЛС, после чего определяется и устанавливается затухание сигнала на входе передающей антенны имитатора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому имитатору цели является имитатор [2], принятый в качестве прототипа. В этом имитаторе сигнал РЛС принимается приемной антенной имитатора, смещается на промежуточную частоту, задерживается по времени на расчетную величину, сдвигается по частоте на расчетный доплеровский сдвиг, регулируется по амплитуде в соответствии с дальностью от РЛС до имитируемой цели и имитатора, эффективной площадью рассеяния цели и угла между направлением на имитируемую цель и направлением визирования РЛС, переносится на несущую и излучается передающей антенной имитатора. Задержка сигнала на промежуточной частоте производится цифровым способом с помощью устройства цифровой радиочастотной памяти.

Недостатком устройства [2], как и устройства [1], является относительно низкая достоверность имитации сигнала цели за счет отсутствия согласования уровня сигнала, поступающего на смеситель от приемной антенны, с динамическим диапазоном последовательно соединенных смесителя и схемы цифровой радиочастотной памяти, при этом при сканировании цены антенной РЛС в имитаторе возможны искажения имитируемого сигнала, связанные с перегрузкой приемника. Так же весьма сложна и трудоемка по аналогичным причинам подготовка и проведение испытаний каждой РЛС.

Целью предлагаемого изобретения является повышение достоверности имитации сигнала цели при сканировании сцены проверяемой РЛС при одновременном снижении сложности подготовки и проведения испытаний за счет автоматического согласования уровня сигнала, смещаемого на промежуточную частоту, с динамическим диапазоном схемы цифровой радиочастотной памяти, в дальнейшем называемой схемой цифровой задержки сигнала, ввода фиксированного затухания задержанного на промежуточной частоте сигнала в соответствии с разницей расчетного затухания сигнала в имитаторе и уровня затухания, вводимого между приемной антенной имитатора и смесителем для согласования сигнала с динамическим диапазоном схемы цифровой задержки сигнала.

Поставленная цель реализуется тем, что в имитатор, содержащий антенну, последовательно соединенные первый аттенюатор, первый смеситель, схему цифровой задержки сигнала, второй аттенюатор, второй смеситель, третий вентиль, последовательно соединенные синтезатор частоты, делитель мощности, первый и второй выходы которых через первый и второй вентили соединены с вторыми (гетеродинными) входами первого и второго смесителей соответственно, вычислитель, первый, второй и третий выходы которого соединены с вторыми (управляющими) входами первого и второго аттенюатора и схемы цифровой задержки сигнала, генератор такта, соединенный с третьим входом схемы цифровой задержки, второй вход-выход вычислителя является интерфейсным входом-выходом имитатора, по которому в него вводятся расчетные данные параметров имитируемого сигнала цели о задержке, доплеровском сдвиге и затухании сигнала в имитаторе, отличающийся тем, что в него введены антенный переключатель, третий вход-выход которого соединен с входом-выходом антенны, последовательно соединенные детектор, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом вычислителя, выход третьего вентиля соединен с вторым входом антенного переключателя, первый выход которого соединен с первым входом первого аттенюатора, выход первого аттенюатора соединен с входом детектора, четвертый выход вычислителя соединен с входом синтезатора частоты.

Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежами имитатора сигнала цели:

На фиг.1 изображена структура предлагаемого имитатора,

На фиг.2 изображен алгоритм настройки имитатора перед испытаниями РЛС.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

2 — Антенный переключатель (АП);

3 — Первый аттенюатор (Ат1);

4 — Первый смеситель (СМ!);

5 — Схема цифровой задержки сигнала (ЦЗС);

7 — Первый вентиль (В1);

8 — Генератор тактовых импульсов (ГТ);

9 — Аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

10 — Второй вентиль (В2);

11 — Делитель мощности (ДМ);

12 — Синтезатор частоты (СЧ);

13 — Третий вентиль (В3);

14 — Второй смеситель(СМ2);

15 — Второй аттенюатор (Ат2);

16 — Вычислитель (ВУ).

На фиг.1 антенна 1 через последовательно соединенные антенный переключатель 2, первый аттенюатор 3, первый смеситель 4, схему цифровой задержки сигнала 5, второй аттенюатор 15, второй смеситель 14, третий вентиль 13, соединенный с вторым входом антенного переключателя 2, синтезатор частоты 12 через последовательно соединенные делитель мощности 11 и второй вентиль 10 соединен с вторым (гетеродинным) входом второго смесителя 14, выход первого аттенюатора 3 через последовательно соединенные детектор 6 и АЦП 9 соединен с первым входом вычислителя 16, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми (управляющими) входами первого 3 и второго 15 аттенюаторов, схемы цифровой задержки сигнала 5 и входом синтезатора частоты 12 соответственно, первый выход делителя мощности 11 через первый вентиль 7 соединен с вторым входом первого смесителя 4, генератор такта 8 соединен с третьим входом схемы цифровой задержки 5, второй вход-выход вычислителя 16 является интерфейсным входом-выходом имитатора, по которому в него вводятся расчетные данные параметров имитируемого сигнала цели о задержке, доплеровском сдвиге и затухании сигнала в имитаторе.

В качестве схемы цифровой задержки 5 может быть использован модуль 1879ВМ3 разработки ОАО «Модуль», либо построен по схеме [1, с 171 рис 6.21]. В качестве управляемых аттенюаторов 3 и 15 может быть использован аттенюатор AD 6630 фирмы Analog Device. В качестве вычислителя 16 может быть использована персональная ЭВМ типа Pentium, дополненная элементами сопряжения с управляемыми элементами. Остальные элементы, в том числе синтезатор частот 12, широко используются в радиолокации и не требуют пояснений по реализации.

Имитатор цели, изображенный на фиг.1, работает в трех последовательных режимах: 1) прием исходной информации о параметрах РЛС и цели, предварительная настройка имитатора, 2) калибровка уровня имитируемого сигнала, 3) боевая работа.

Во всех режимах инициация работы производится оператором с помощью команд и исходных данных, приходящих на второй вход-выход вычислителя 16. Работа имитатора в первых двух режимах происходит в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.2. На имитатор вводятся следующие входные данные: коэффициент усиления антенны РЛС Gрлс, дальность до имитируемой цели Rц0, ее радиальная скорость Vr, несущая частота РЛС Fн и эффективная площадь рассеяния имитируемой цели ц (поз.17 фиг.2). Известными паспортизованными данными являются: дальность от проверяемой РЛС до имитатора R и, затухание сигнала в схеме цифровой задержки , усиление приемо-передающей антенны имитатора Gи. Вычислитель 16 в первом режиме по полученным и известный данным вычисляет: 1) начальную задержку сигнала схемы цифровой задержки , скорость ее изменения d /dt, доплеровский сдвиг сигнала fд и вводит результаты расчета в схему цифровой задержки 5 через ее второй вход (поз.18 фиг.2), 2) частоту гетеродинного сигнала Fг и ввод ее в синтезатор частоты 12 (поз.19 фиг.2), что обеспечивает перенос сигнала РЛС, принимаемого имитатором, на рабочую частоту схемы цифровой задержки 5, 3) требуемое затухание сигнала N(R ц, Rи, Gи, Gрлс, ц, Fн) в имитаторе и через второй вход-выход передает сообщение оператору о готовности к второму режиму (калибровке уровня имитируемого сигнала), при этом включается сканирование антенны проверяемой РЛС (поз.20 фиг.2). Принимаемый антенной 1 сигнал РЛС через последовательно соединенный антенный переключатель 2 и первый аттенюатор 3 поступает на детектор 6, где детектируется, далее оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 9 и поступает в вычислитель 16, где записывается и на каждом интервале сканирования, находится его максимальное значение U М. По результатам каждого сканирования вычислитель 16 определяет U=UМ-Uo — отклонение максимального значения UМ от верхнего допустимого значения сигнала Uo на входе схемы цифровой задержки 5. Значение U используется для пошагового уточнения сигнала управления первым аттенюатором 3, при котором становится меньше порога (поз.21 фиг.2). На этом заканчивается регулировка затухания первого аттенюатора 3, запоминается сигнал управления UAT1 и находится по таблице соответствующее ему затухание NAT1 (поз.22 фиг.2). Далее вычислителем 16 рассчитывается необходимое затухание сигнала на входе второго смесителя

Смотрите так же:  Судебная экспертиза в улан-удэ

NAT2=N(Rц, R и, Gи, Gрлс, ц, Fн)- -NAT1, дБ.

Значение NAT2 вводится вычислителем 16 на второй (управляющий) вход второго аттенюатора 15 и запоминается (поз.23 фиг.2). Вычислитель 16 сообщает оператору об окончании калибровки и готовности к боевой работе (поз.24 фиг.2). С приходом на второй вход-выход вычислителя 16 команды о начале боевой работы вычислитель 16 по третьему выходу разрешает работу схемы цифровой задержки 5 с установленными ранее исходными данными по задержке сигнала , скорости движения d /dt и доплеровском сдвиге fд. Дискрет задержки выходного сигнала схемы цифровой задержки определяется периодом сигнала, приходящего на ее третий вход от генератора такта 8.

Боевая работа имитатора происходит следующим образом. Сигнал проверяемой РЛС принимается антенной 1, поступает через антенный переключатель 2 на первый аттенюатор 3, где ослабляется на выставленную при калибровке величину NAT1, дБ. Далее принятый сигнал с помощью первого смесителя 4 и гетеродинного сигнала, приходящего с синтезатора частоты 12 через делитель мощности 11 и первый вентиль 7 на второй вход первого смесителя 4, переносится на рабочую частоту схемы цифровой задержки 5. Сигнал с выхода первого смесителя 4 задерживается схемой цифровой задержки 5 и через второй аттенюатор 15 поступает на первый вход второго смесителя 14. Ранее во время калибровки в аттенюаторе 15 выставлено затухание сигнала NAT2. Второй смеситель 14 переносит задержанный сигнал на несущую частоту с помощью гетеродинного сигнала, поступающего на второй вход второго смесителя 14 с делителя мощности 11 через второй вентиль 10. Выходной сигнал второго смесителя 14 через последовательно соединенные третий вентиль 13 и антенный переключатель 2 поступает на антенну 1, излучается и является выходным сигналом имитатора радиолокационной цели.

В процессе работы вследствие имитации движения цели меняется ее дальность относительно РЛС, соответственно, требуемое затухание сигнала во втором аттенюаторе 15 NAT2 (N, NAT1, ). Необходимые расчеты и уточнение настройки второго аттенюатора 15 производятся вычислителем 16 в течение всей боевой работы до получения внешней команды об окончании боевой работы на втором входе-выходе вычислителя 16.

Техническим преимуществом предлагаемого имитатора радиолокационной цели перед прототипом является повышение достоверности имитации сигнала цели при сканировании сцены проверяемой РЛС при одновременном снижении сложности подготовки и проведения испытаний за счет автоматического согласования уровня принятого от РЛС сигнала, смещаемого на промежуточную частоту, с динамическим диапазоном схемы цифровой задержки и отсутствие необходимости перестраивать затухание сигнала в имитаторе при изменениях положения ДНА РЛС во всем рабочем диапазоне сканирования, снижении временных затрат на подготовку рабочего места при сменах проверяемой РЛС.

Пользуясь сведениями, представленными в материалах заявки, имитатор радиолокационной цели может быть изготовлен по существующей, известной в радиопромышленности технологии, на базе известных комплектующих изделий и использован при проверках РЛС при стендовых испытаниях.

1. Ю.М.Перунов и др. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М.: Радиотехника, 2003 г. (с.135 рис.5.2, с.171 рис.6.21).

2. Патент США 5892479 от 6.4.1999 г. Electromagnetic target generator.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Имитатор радиолокационной цели, содержащий антенну, последовательно соединенные первый аттенюатор, первый смеситель, схему цифровой задержки сигнала, второй аттенюатор, второй смеситель, третий вентиль, последовательно соединенные синтезатор частоты, делитель мощности, первый и второй выходы которых через первый и второй вентили соединены с вторыми входами первого и второго смесителей соответственно и являющимися гетеродинными, вычислитель, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго аттенюаторов, являющимися управляющими, третий выход вычислителя соединен с вторым входом схемы цифровой задержки сигнала, являющимся управляющим, по которому вводятся данные о задержке сигнала, его скорости и доплеровском сдвиге, генератор такта, соединенный с третьим входом схемы цифровой задержки, отличающийся тем, что в него введены антенный переключатель, третий вход-выход которого соединен с входом-выходом антенны, последовательно соединенные детектор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого соединен с первым входом вычислителя, выход третьего вентиля соединен с вторым входом антенного переключателя, первый выход которого соединен с первым входом первого аттенюатора, выход первого аттенюатора соединен с входом детектора, четвертый выход вычислителя соединен с входом синтезатора частоты, который является управляющим, второй вход-выход вычислителя является интерфейсным входом-выходом имитатора, по которому производится управление имитатором и вводятся данные о параметрах проверяемой РЛС и имитируемой цели, используемые вычислителем для вычисления и ввода в схему цифровой задержки требуемой задержки сигнала, скорости ее изменения и доплеровского сдвига, вычисления и ввода в синтезатор требуемой настройки частоты гетеродинного сигнала для обеспечения переноса сигнала радиолокационной станции, принимаемого имитатором, на рабочую частоту схемы цифровой задержки, в режиме калибровки вычислитель на каждом цикле сканирования определяет отклонение максимума сигнала, оцифрованного АЦП, от верхнего допустимого значения, по которому формирует и запоминает на время боевой работы сигнал управления первым аттенюатором, уменьшающим отклонение до величины, меньшей порога.

Имитатор радиолокационной цели при зондировании преимущественно длительными сигналами

Владельцы патента RU 2568899:

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для имитации частотно-временной структуры радиолокационного сигнала, отраженного от подстилающей поверхности, от одной или нескольких целей, и может быть использовано, например, для имитации ложных целей и помех для защиты присутствующих целей, а также для имитации эхо-сигналов радиолокаторов и радиовысотомеров. Достигаемый результат — упрощение требований к аппаратуре имитатора как при аналоговой, так и при цифровой обработке сигнала без существенного ухудшения качества имитируемых портретов целей при зондировании преимущественно длительными сигналами. Указанный результат достигается за счет того, что осуществляется динамическое изменение параметров имитируемых блестящих точек цели. 4 ил.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к устройствам, предназначенным для имитации частотно-временной структуры радиолокационного сигнала, отраженного от подстилающей поверхности, от одной или нескольких целей, находящихся на фиксированном направлении, и может быть использовано, например, для имитации ложных целей и помех для защиты присутствующих целей, для имитации боевой работы радиолокационной системы (РЛС), а также для имитации эхо-сигналов радиовысотомеров (PB) — измерителей высоты полета.

В зависимости от типа сигнала и способов сканирования РЛС оптимальными будут различные методы и алгоритмы формирования имитирующего сигнала. Для РЛС импульсного излучения форма зондирующего сигнала, как правило, постоянна и точно известна, поэтому отраженный сигнал может быть заранее подготовлен в сигнальной памяти с учетом параметров моделирования и выдан на вход РЛС по сигналу пикового детектора, обнаруживающего начало зондирующего импульса. В современных РЛС для защиты от помех могут использовать длительные сигналы с переменными параметрами: периодом и полосой модуляции, длительностью и видом зондирующего сигнала. Поэтому расчет отраженного сигнала и последующее его воспроизведение необходимо выполнять в реальном масштабе времени на основе принимаемой реализации сигнала.

Это приводит к необходимости прямой имитации отраженного сигнала как суммы сигналов, отраженных различными достаточно малыми по сравнению с облучаемой площадью участками поверхности или эквивалентными блестящими точками.

Известно устройство для имитации радиолокационных портретов реальных целей [1, стр. 134-135, рис. 5.2] — фиг. 1, в котором зондирующий импульс от радиолокатора, для которого создается радиолокационный портрет, поступает через приемную антенну, усилитель 1, устройство грубой задержки 2, устройство точной задержки 3, модуляторы набора модуляторов 4 и сумматор 11 на выход имитатора. Устройство грубой задержки 2 осуществляет задержку по времени, соответствующую расстоянию до ближайшей блестящей точки имитируемой цели. Линия задержки с отводами 3 обеспечивает имитацию блестящих точек цели. Амплитудные и фазовые модуляции выполняются в модуляторах набора модуляторов 4 с помощью эталонных сигналов Ui, соответствующих характеристикам целей. С выходов модуляторов 4 сигналы, имитирующие соответствующие блестящие точки, поступают на сумматор 11 и далее в передающую антенну. Наличие ЦАП 12 для управления модуляторами набора модуляторов 4 в виде отдельных блоков является особенностью конкретного аппаратного решения и не принципиально для описания работы и устройства имитатора.

Описанное устройство имитатора по структуре и принципу функционирования соответствует системе увеличения радиочастотного отклика [2], устройству генератора электромагнитной цели [3], методу обмана сонара или радиолокатора и ложной цели, применяющей этот метод [4], методу электронного увеличения радиолокационных целей (техники) [5, 6].

Для повышения качества имитации формирование сигнала целесообразно выполнять в цифровом виде, но при этом возникает необходимость использования сложных в реализации набора модуляторов и цифрового многовходового сумматора.

В [7] для исключения многовходового сумматора предложена конструкция имитатора радиолокационной цели — фиг. 2: вместо сумматора имитатор содержит синхронизатор, коммутатор и дополнительный модулятор. Устройство (фиг. 2) работает следующим образом: зондирующий импульс от радиолокатора, для которого создается радиолокационный портрет, поступает через приемную антенну, усилитель 1, устройство грубой задержки 2, устройство точной задержки 3, набор модуляторов частоты (фазы) 4, коммутатор сигнала 6 и дополнительный модулятор 7 на выход имитатора. Устройство грубой задержки 2 осуществляет задержку по времени, соответствующую расстоянию до ближайшей блестящей точки имитируемой цели. Устройство точной задержки на базе многоотводной линии задержки 3 обеспечивает имитацию блестящих точек цели (целей) с индивидуальными задержками. Индивидуальные амплитудные и фазовые модуляции выполняются с помощью соответствующих коэффициентов, формируемых внешним устройством, причем коэффициенты амплитудной модуляции поступают в синхронизатор 5, а коэффициенты фазовой модуляции поступают в набор модуляторов частоты (фазы) 4. С выходов набора модуляторов 4 сигналы, имитирующие соответствующие блестящие точки, поступают на коммутатор сигнала 6 и далее в дополнительный модулятор 7. В модуляторе 7 выполняются дополнительно заданные фазовые (частотные) и амплитудные модуляции (коэффициенты f, и E формируется во внешнем устройстве). Далее сигнал выдается на выход имитатора — в передающую антенну.

При импульсном методе работы радиолокатора имитируемая цель будет мерцать. При непрерывном излучении или излучении зондирующего сигнала импульсами с длительностью больше n·Δt, где n — количество имитируемых блестящих точек цели, Δt — длительность интервала коммутации каждого сигнала, выходной сигнал будет содержать равные Δt отрезки излученного сигнала с переменной задержкой и скачками фазы в моменты коммутации, что в частотной области приведет к тому, что к исходным гармоникам сигнала добавятся гармоники, соответствующие сумме и разности частот «полезного» сигнала и частоты коммутации, умноженной на целое число [7]. При выборе частоты коммутации в несколько раз ниже несущей частоты и вне полосы «полезных» частот модуляции сигнала, с учетом фактического наличия во всех радиолокационных приемниках ограничивающих частотных фильтров сигнала, результирующий сигнал в рабочей (обычно низкочастотной) области по спектральному составу будет эквивалентен сигналу, образованному обычным суммированием сигналов. Выходной сигнал с коммутатора слабее в n раз по амплитуде, поэтому умножение на n выполняется в дополнительном модуляторе 7 или общем усилителе при согласовании и обеспечении оптимального уровня сигнала [8].

Смотрите так же:  Учебные пособия для уроков музыки

Нарушение мгновенных спектров и появление лишних скачков фазы не скажется на работе типового радиолокатора, т.к. поиск/захват/сопровождение целей выполняются без учета фаз сигналов с усреднением в несколько элементов разрешения и, как правило, в несколько периодов модуляции и сканирования. В радиолокаторах высокого разрешения с построением изображения фоно-целевой обстановки и распознавания типов целей также выполняется математическое усреднение в несколько периодов модуляции и сканирования.

Таким образом, замена сумматора на коммутатор в целом обеспечивает эквивалентность сигнала на временной оси и в его рабочей полосе частот по спектральному составу с нарушением мгновенных спектров и появлением лишних скачков фазы. Постоянство амплитуды выходного сигнала коммутатора (при наличии сигнала на входе имитатора) может быть компенсировано в модуляторе умножением на шумовой коэффициент со средним значением равным 1.

Быстродействующие модуляторы для каждой блестящей точки цели сложны и дороги при изготовлении имитаторов по схемам фиг. 1-2.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройств формирования сигнала радиолокационной цели без ухудшения качества имитируемых радиолокационных портретов целей.

В [9] приведен способ расчета параметров имитации пространственно распределенной динамической радиофизической сцены, в которой сокращение числа имитируемых блестящих точек достигается путем объединения близких по параметрам отражателей и их сортировкой по дальности. При практическом применении этого способа, а также для имитации удаленных одиночных целей без резервирования модуляторов для промежуточных отражателей имитатор может ограничиться работой только с заданными переменными задержками блестящих точек. При этом конструкцию многоотводной линий задержки 3 можно упростить заменой большого числа выходов на один выход, соответствующий заданной задержке, выбираемой коммутатором из набора входных задержек по тому же сигналу синхронизатора 5. Для реализации индивидуальных коэффициентов модуляции блестящих точек значения коэффициентов можно подавать на дополнительный модулятор 7 с дополнительного коммутатора коэффициентов, управляемого тем же синхронизатором 5.

Предлагаемым техническим решением упрощаются требования к аппаратуре устройства формирования сигнала радиолокационной цели как при аналоговой, так и при цифровой обработке сигнала без существенного ухудшения качества имитируемых портретов целей при зондировании преимущественно длительными сигналами.

Для достижения этого технического результата прототип (фиг. 2 [7]), содержащий последовательно соединенные усилитель сигнала приемной антенны 1, устройство грубой задержки 2, устройство точной задержки 3, коэффициенты амплитудной модуляции поступают на синхронизатор 5, на передающую антенну выдается сигнал с модулятора 7, на второй и третий входы модулятора 7 подаются коэффициенты фазовой и амплитудной модуляции, снабжен коммутатором задержек 8 и коммутатором коэффициентов 9, причем управляющие входы коммутаторов подключены к выходу синхронизатора 5, дополнительные значения задержек поступают на остальные входы коммутатора задержек 8, выход которого подключен к дополнительному входу устройства точной задержки 3, определяющему величину текущей задержки для единственного выходного сигнала, подаваемого на первый вход модулятора 7, значения коэффициентов фазовой (частотной) модуляции поступают на остальные входы коммутатора коэффициентов 9, выход которого подключен ко второму входу управления фазой (частотой) модулятора 7.

Устройство содержит (фиг. 3):

2 — устройство грубой задержки;

3 — устройство точной задержки;

8 — коммутатор задержек;

9 — коммутатор коэффициентов.

Устройство работает следующим образом: зондирующий импульс от радиолокатора, для которого создается радиолокационный портрет, поступает через приемную антенну, усилитель 1, устройство грубой задержки 2, устройство точной задержки 3 и общий модулятор 7 на выход имитатора. Устройство грубой задержки 2 осуществляет задержку по времени, соответствующую расстоянию до ближайшей блестящей точки имитируемой цели. Устройство точной задержки 3 на базе линии задержки, например, буфера FIFO с изменяемым значением текущей задержки обеспечивает имитацию блестящих точек цели (целей) с индивидуальными задержками. Значения задержек, индивидуальные амплитудные и фазовые модуляции выполняются с помощью соответствующих значений, формируемых внешним устройством, причем значения задержек τ1…τn поступают на коммутатор задержек 8, коэффициенты амплитудной модуляции E1-En поступают в синхронизатор 5, а коэффициенты фазовой или частотной модуляции f1…fn поступают на коммутатор коэффициентов 9. Выходной сигнал коммутатора коэффициентов 9 управляет работой общего модулятора 7. В модуляторе 7 также выполняются заданные или шумовые амплитудные модуляции по коэффициенту E, формирующемуся во внешнем устройстве. Далее сигнал выдается на выход имитатора — в передающую антенну.

Дополнительные усилители, аттенюаторы для согласования уровней и возможные смесители, например, с сигналом гетеродина для согласования рабочей полосы частот блоков обработки сигналов не показаны, но могут быть использованы и рассчитаны в соответствии с [8]. Для исключения попадания выходного сигнала с передающей антенны на вход приемной антенны можно использовать циркулятор, стробирование работы и/или пространственное разнесение антенн [1, стр. 184]. При стационарных испытаниях возможно непосредственное подключение кабелей к исследуемой радиолокационной системе без использования антенн.

При цифровой обработке сигнала с использованием в качестве линий задержки буферов в оперативной памяти достаточного размера можно варьировать значения всех задержек блестящих точек целей без отдельного устройства грубой задержки. При этом можно формировать радиолокационные портреты произвольного количества целей практически произвольной протяженности с ограничением общего количества блестящих точек сцены (для сохранения качества имитации длительность зондирующего сигнала Τ должна быть много больше чем n·Δt, тогда n 1 дополнительных лучей осматривают участки дальностей других направлений, на которых ранее были обнаружены цели, и при дополнительном обнаружении целей их считают ложными. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для имитации частотно-временной структуры радиолокационного сигнала, отраженного от подстилающей поверхности, от одной или нескольких целей, и может быть использовано, например, для имитации ложных целей и помех для защиты присутствующих целей, а также для имитации эхо-сигналов радиолокаторов и радиовысотомеров. Достигаемый результат — упрощение требований к аппаратуре имитатора как при аналоговой, так и при цифровой обработке сигнала без существенного ухудшения качества имитируемых портретов целей при зондировании преимущественно длительными сигналами. Указанный результат достигается за счет того, что осуществляется динамическое изменение параметров имитируемых блестящих точек цели. 4 ил.

RU2486540C1 — Имитатор ложной радиолокационной цели при зондировании сигналами с линейной частотной модуляцией — Google Patents

Изобретение относится к радиолокации, а именно к устройствам, предназначенным для имитации частотно-временной структуры радиолокационного сигнала, отраженного от подстилающей поверхности, от одной или нескольких целей, находящихся на фиксированном направлении, и может быть использовано, например, для имитации ложных целей, в том числе расположенных ближе носителя, для имитации боевой работы радиолокационной системы (РЛС), а также для имитации эхо-сигналов радиовысотомеров (РВ) — измерителей высоты полета, работающих с сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ).

В зависимости от типа сигнала и способов сканирования РЛС оптимальными будут различные методы и алгоритмы формирования имитирующего сигнала. Для РЛС импульсного излучения форма зондирующего сигнала, как правило, постоянна и точно известна, поэтому отраженный сигнал может быть заранее подготовлен в сигнальной памяти с учетом параметров моделирования и выдан на вход РЛС по сигналу пикового детектора, обнаруживающего начало зондирующего импульса. В современных РЛС для получения дополнительной информации о целях могут использовать частотную модуляцию с переменными параметрами. Поэтому расчет отраженного сигнала и последующее его воспроизведение необходимо выполнять в реальном масштабе времени на основе принимаемой реализации сигнала, сохраняя возможность последующей когерентной обработки в РЛС.

Аналогично, в большинстве РВ с ЛЧМ в настоящее время реализуется следящий прием отраженного сигнала со стабилизацией дальномерной частоты за счет изменения параметров модуляции. При этом параметры зондирующего сигнала при данных параметрах движения над поверхностью с заданными статистическими характеристиками имеют случайные вариации, обусловленные случайным характером даже мелких шероховатостей подстилающей поверхности. Этот факт исключает возможность предварительного расчета отраженного сигнала даже в случае детерминированной траектории движения и имитируемого рельефа подстилающей поверхности.

Это приводит к необходимости прямой имитации отраженного сигнала как суммы сигналов, отраженных различными достаточно малыми по сравнению с облучаемой площадью участками поверхности или эквивалентными блестящими точками.

Известно устройство для имитации радиолокационных портретов реальных целей [1. стр.134-135, рис.5.2], в котором зондирующий импульс от радиолокатора, для которого создается радиолокационный портрет, поступает через приемную антенну, усилитель, устройство грубой задержки, устройство точной задержки, набор модуляторов и сумматор на выход имитатора. Устройство грубой задержки осуществляет задержку по времени, соответствующую расстоянию до ближайшей блестящей точки имитируемой цели. Линия задержки с отводами обеспечивает имитацию блестящих точек цели. Амплитудные и фазовые модуляции выполняются с помощью эталонных сигналов, соответствующих характеристикам целей. С выхода модулятора сигналы, имитирующие соответствующие блестящие точки, поступают на сумматор и далее в передающую антенну.

Описанное устройство имитатора по структуре и принципу функционирования соответствует системе увеличения радиочастотного отклика [2], устройству генератора электромагнитной цели [3], методу обмана сонара или радиолокатора и ложной цели, применяющей этот метод [4], методу электронного увеличения радиолокационных целен (техники) [5, 6].

В качестве прототипа можно выбрать типовое для данной задачи и являющееся из просмотренной литературы хронологически первым устройство для имитации радиолокационных целей с высоким разрешением [6] — фиг.1. Наличие ЦАП для управления модуляторами и устройства грубой задержки в виде отдельных блоков является особенностью конкретного аппаратного решения и не принципиально для описания работы и устройства имитатора.

При практическом применении описанных методов и устройств имитации радиолокационных портретов при переменных параметрах модуляции возникает проблема имитации целей с дальностью меньше дальности носителя, защищаемого от работающей РЛС. Аналогичные сложности возникают при использовании имитаторов сигнала для исследования характеристик радиовысотомеров при полунатурном моделировании работы в лабораторных условиях: невозможно обеспечить имитацию сигнала с задержкой менее длительности прохождения сигнала в трактах обработки и формирования имитирующего сигнала.

На сегодняшний день даже в лучших известных схемах цифровой сигнальной памяти минимальная задержка составляет 40 нс, что соответствует дальности 6 м. С учетом использования в реальных имитаторах усилителей, аттенюаторов, соединительных кабелей соответствующая минимальная имитируемая дальность (от момента начала входного сигнала) составляет 10-20 м и более, что ограничивает как возможности скрытия истинного положения носителя, защищаемого от РЛС высокого разрешения, так и возможность имитации малых высот при проверке радиовысотомеров.

В РЛС и РВ с непрерывным излучением применяют зондирующие сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). При этом для извлечения информации о дальности измеряется основная частота или исследуются гармоники частотного спектра так называемого преобразованного сигнала, получаемого на выходе смесителя из одновременно излучаемого и принимаемого сигналов.

Смотрите так же:  Договор поставки спортивного оборудования

Работу радиовысотомера с симметричным ЛЧМ (СЛЧМ) сигналом при неизменном расстоянии до поверхности поясняет временная диаграмма на фиг.2. Верхний график характеризует изменение частоты излучаемых (сплошная линия fИ) и принимаемых (пунктирная линия fС) колебаний, имеющих среднюю частоту f, период модуляции TM и девиацию частоты W. Нижний график воспроизводит изменение разностной дальномерной частоты FD. Частота излучаемых колебаний fИ изменяется непрерывно по линейному закону со скоростью YM=dfИ/dt=2W/TM:

f И = f 0 + Y M t = f + 0 2 W T M t

Частота принимаемых колебаний fС аналогично изменяется непрерывно по линейному закону, но задержана на время распространения сигнала τD=2H/с, где с — скорость света:

f C = f 0 + Y M ( t − τ D ) = f + 0 2 W T M ( t − 2 H c )

Измеряя разность частот излучаемых и принимаемых колебаний, определяют дальномерную частоту FD, называемую также частотой биений:

F D = f И − f C = 4 W c T M H . (1)

Полученное выражение не учитывает провалы кривой FD(t) в зонах обращения при fи≈fс., при учете которых частотомер зафиксирует среднюю частоту биений за период модуляции:

F D с р = 4 W c T M H ( T M − τ D T M )

При выполнении условия τD H = c F D с р 4 W T M ≈ c F D 4 W T M . (2)

Известно, что и доплеровский сдвиг и временная задержка отраженного ЛЧМ сигнала могут имитироваться соответствующим смещением его несущей частоты [9, 10]. Поэтому для снижения минимальной имитируемой высоты и компенсации собственной задержки в любой аппаратной реализации возможно использование определенного сдвига частоты: радиовысотомер с несимметричной ЛЧМ (НЛЧМ) будет регистрировать эквивалентную малую высоту, если при формировании сигнала выполнить дополнительный частотный сдвиг Δf в сторону «сближающую» на измерительном участке графики fизлуч(t) и fформ(t) — фиг.3. Частота биений: f(t)=fизлуч(t)-fформ(t). При несимметричной нарастающей пиле ЛЧМ в основной части измерительного участка (исключая зоны обращения) f(t)=const=Fb. Видно, что положительный сдвиг частоты Δf для сигнала, задержанного на τmin, приведет к уменьшению значения средней частоты биений Fb и, соответственно, к уменьшению измеряемой высоты.

Применение этого метода при СЛЧМ в основной части измерительного участка (исключая зоны обращения) даст 2 значения частоты биений: положительный сдвиг частоты Δf для сигнала, задержанного на τmin, приведет к уменьшению значения Fb в одном полупериоде и к такому же увеличению Fb во втором полупериоде. Если бы вычислитель такого радиолокатора работал по переднему фронту спектра, то задача уменьшения измеряемой дальности была бы решена. Но, например, в применяемых СЛЧМ РВ используется оценка дальности по частоте биений, соответствующей центру тяжести спектра, усредненного на всем периоде модуляции, поэтому такое раздвоение основной гармоники спектра не повлияет на измеряемое значение высоты в РВ.

Целью предлагаемого изобретения является имитация целей с дальностью меньше дальности носителя без ухудшения качества имитируемых радиолокационных портретов целей при зондировании сигналами с различными видами линейной частотной модуляции.

На фиг.4 приведен принцип формирования гармоник огибающей спектра сигнала биений при СЛЧМ: для уменьшения имитируемой высоты каждая гармоника с τ Δf/Vf), а выход переменной линии задержки соединен со входами двух устройств сдвига частоты, причем сдвиги частоты выполняются на одну и ту же величину «Δf», но с противоположными знаками: «+Δf» и «-Δf», выходные сигналы устройств сдвига частоты поступают на входы второго сумматора, выходной сигнал с которого выдается на передающую антенну.

Устройство содержит (фиг.5):

2 — многоотводная линия задержки;

3 — набор модуляторов;

4 — первый сумматор;

5 — переменная линия задержки;

6 — устройство сдвига частоты на «+Δf»;

7 — устройство сдвига частоты на «-Δf»;

8 — второй сумматор.

Устройство на фиг.5 работает следующим образом: зондирующий импульс от радиолокатора, для которого создается радиолокационный портрет, поступает с приемной антенны через усилитель, многоотводную линию задержки, набор модуляторов, первый сумматор, линию задержки, устройство сдвига частоты и второй сумматор на выход имитатора. Многоотводная линия задержки обеспечивает имитацию блестящих точек цели (целей) с индивидуальными задержками. Индивидуальные амплитудные и фазовые модуляции выполняются с помощью соответствующих коэффициентов, формируемых внешним устройством. В зависимости от значения задержки τ в линии задержки выполняется имитация смещения имитируемой цели по дальности относительно дальности носителя:

в меньшую сторону при τ τ,

где τ — задержка в имитаторе, при которой смещение цели отсутствует;

Vf — модуль скорости линейного изменения частоты РЛС,

Δf — параметр, выбираемый примерно равным или больше ширины избирательного фильтра захвата и сопровождения цели в РЛС.

При τ=0 и постоянном значении модуля скорости линейного изменения частоты РЛС положение имитируемой цели по дальности уменьшится на величину

Δ R max = c τ 0 2 = c Δ f 2 V f , (3)

где с — скорость света.

Особенностью описанного решения для построения имитатора является то, что независимо от направления и сочетания знаков скорости линейного изменения частоты РЛС имитируются две одинаковые цели, причем первая — основная — цель может имитироваться на дальности меньше дальности носителя РЛС, а вторая цель будет отнесена по дальности на 2·ΔRmax и при соответствующем выборе значения Δf не будет мешать корректному слежению РЛС за основной целью. Значение параметра Δf выбирается примерно равным или больше ширины избирательного фильтра захвата и сопровождения цели в РЛС, однако с соблюдением условия корректной обработки принятого сигнала в РЛС: τ V f = c F D 2 H . (4)

В ряде случаев точные значения FD, H, Vf неизвестны, поэтому желательно обеспечить работу имитатора радиолокационной цели с независимой оценкой текущих значений параметров линейной частотной модуляции. Непосредственное измерение текущих значений W и TM затруднительно, так как требует применения сигнальных процессоров, при испытаниях в лабораторных условиях можно получать параметры от радиолокатора по дополнительному интерфейсу [11].

Но, в общем случае, возможна оценка значения Vf непосредственно по входному сигналу с использованием образцовой линии задержки τref и смесителя задержанного и незадержанного сигналов [12]. Для НЛЧМ и СЛЧМ видов модуляции частота сигнала fref, формируемого на выходе смесителя, будет пропорциональна искомому значению Vf:

V f = f r e f τ r e f . (5)

В качестве сигнала с образцовой линии задержки τref может быть взят сигнал с любого удобного для последующей обработки выхода многоотводной линии задержки 2.

Для реализации независимого определения параметров линейной частотной модуляции РЛС устройство на фиг.5 дополнительно снабжено последовательно соединенными смесителем и устройством формирования задержки, причем на входы смесителя поступают сигналы с выхода усилителя и с одного из выходов многоотводной линии задержки, на второй вход устройства формирования задержки поступает величина требуемого смещения сигнала по задержке «Δτ», а выход соединен с управляющим входом линии задержки.

Устройство содержит (фиг.6):

2 — многоотводная линия задержки;

3 — набор модуляторов;

4 — первый сумматор;

5 — переменная линия задержки;

6 — устройство сдвига частоты на «+Δf»;

7 — устройство сдвига частоты на «-Δf»;

8 — второй сумматор;

10 — устройство формирования задержки.

Устройство на фиг.6 работает аналогичным образом как и ранее описанное на фиг.5, но на входы смесителя 9 поступают сигналы с выхода усилителя 1 и с одного из выходов многоотводной линии задержки 2, таким образом на выходе смесителя формируется сигнал fref, с помощью которого в устройстве формирования задержки 10 по выражению (5) находится значение скорости изменения частоты Vf и далее по поступающей из внешнего устройства величине требуемого смещения сигнала по задержке «Δτ» и выражению (6) находится значение задержки τ для переменной линии задержки 5:

τ = Δ τ + Δ f / V f − τ int = Δ τ + Δ f τ r e f f r e f − τ int , (6)

где τint — собственная (внутренняя) задержка в цепях имитатора;

Δτ — требуемое смещение сигнала по задержке: при уменьшении имитируемой дальности или компенсации собственной задержки — значение со знаком минус.

При практической реализации линии задержки модуляторы и сумматоры могут быть аналоговыми или цифровыми. Для повышения качества имитации формирование сигнала можно выполнять в цифровом виде на цифровых линиях задержки и модуляторах, например, используя СБИС 1879BM3(DSM) [8], можно реализовать переменную линию задержки в виде кольцевого буфера во внутреннем ОЗУ с программно-управляемым сдвигом частоты преобразуемого сигнала. Дополнительные усилители, аттенюаторы для согласования уровней и возможные смесители, например, с сигналом гетеродина для согласования рабочей полосы частот блоков обработки сигналов на фиг.5, 6 не показаны, но могут быть использованы и рассчитаны в соответствии с [7].

Для исключения попадания выходного сигнала с передающей антенны на вход приемной антенны можно использовать циркулятор, стробирование работы и/или пространственное разнесение антенн [1, стр.184]. При стационарных испытаниях возможно непосредственное подключение кабелей к исследуемой радиолокационной системе без использования антенн.

1. Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием / Под. Ред. Ю.М.Перунова. Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: «Радиотехника», 2008. — 416 с.

2. Патент US 2008/018525. Radio frequency signature augmentation system. Дата публикации: 23.09.1986 (фиг.22)

3. Патент US 5892479. Electromagnetic target generator. Дата публикации: 06.04.1999.

4. Патент FR 2596164. Method for deceiving a sonar or radar detector, and a decoy for implementing the method. Дата публикации: 25.09.1987.

5. Патент US 4613863. Electronic augmentation of radar targets. Дата публикации: 23.09.1986 (фиг.2)

6. Патент GB 2134740. Electronic augmentation of radar techniques. Дата публикации: 15.08.1984.

7. Патент RU 2412449. Имитатор радиолокационной цели. Дата публикации: 10.07.2010 г.

8. Микросхема интегральная 1879BM3(DSM), Техническое описание, Версия 1.1, ЮФКВ 431268 001 ТО1 К, Научно-технический центр «Модуль». М. 2002.

9. Виницкий А.С. Очерк основ радиолокации при непрерывном излучении радиоволн. М.: Сов. радио, 1961. — 496 с.

10. Саломасов В.В. Особенности имитации отраженного сигнала для РЛС с ЛЧМ / В.В.Саломасов, А.А.Щербаков // Известия вузов. Радиоэлектроника. М. 1987, т.30. Стр. 84-86.

11. Патент US 7327308. Programmable method and test device for generating target for FMCW radar. Дата публикации: 05.02.2008.

12. Патент US 4661818. Electronically adjustable delay-simulator for distance-measuring apparatus operating on the frequency-modulated continuous wave principle. Дата публикации: 28.04.1987.