Способ определения радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами и устройство для его реализации
Патент 2211460
Авторы
Классы МПК
Способ определения радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами и устройство для его реализации
Реферат
Изобретение относится к области пассивной радиолокации. Технический результат заключается в упрощении определения радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами. При определении радиальной скорости осуществляют прием и обработку излученного сигнала одноканальным приемным устройством с неподвижной антенной. Второй канал является виртуальным, в котором расчетные операции проводят с учетом эффекта Доплера. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области пассивней радиолокации и может быть использовано для решения некоторых задач противовоздушной и противоракетной обороны страны и в научных исследованиях.
Известен способ определения радиальной скорости перемещения источника излучения, использующий эффект Доплера, заключающийся в том, что излученный сигнал принимают в одной точке и измеряют его частоту (см. Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. М., "Сов.радио", 1967 г., с.46 ). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является выбранный в качестве прототипа способ определения радиальной скорости системой с активным ответом (см. Ширман Я.Д. и др. "Теоретические основы радиолокации". Войска ПВО страны, 1968 г., стр. 329-338), способ, основанный на приеме, выделении и обработке излученного сигнала, являющегося переизлученным запросным сигналов, сравнении его по частоте с опорным, являющимся по сути тем же запросным, т.е. известным сигналом. Нeдостатком этого способа является то, что он не применим для случая сигнала с неизвестными параметрами. Задачей изобретения являлась разработка способа и структурной схемы устройства, определяющих радиальную скорость перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами. Техническим результатом решения поставленной задачи является способ определения радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами и структурная схема устройства, позволяющего определить радиальную скорость движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами. Технический результат достигается тем, что в способе определения радиальной скорости, основанном на использовании эффекта Доплера, приеме, выделении и обработке принятого радиоизлучения, сравнении его по частоте с опорным и расчете значения радиальной скорости по найденной разности частот, прием и выделение сигнала прямого излучения ведут квазидвухканальным приемным устройством, один канал которого - реальный, а второй канал - виртуальный, причем приемная антенна виртуального канала "движется" относительно источника радиоизлучения с радиальной скоростью Vra, а реальные измерительные операции в виртуальном канале заменены расчетными операциями, проводимыми с учетом эффекта Доплера. Предлагаемый способ определения радиальной скорости заключается в следующем. Приемным устройствам с неподвижной антенной принимается выборки прямого излученного сигнала. По этой выборке определяется частота входного сигнале fвх и период колебаний входного сигнала Твх. Задается изменение периода Твх для расчета частоты входного сигнала виртуального канала. Изменение периода входного сигнала задается из предположения, что антенна виртуального канала движется со скоростью Vra, и рассчитывается по формуле По формуле рассчитывается частота входного сигнала виртуального канала. Находится разность частот реального и виртуального каналов fввх = fвх-fввх По заданной радиальной скорости Vra, найденной разности частот fввх и измеренной частоте входного сигнала реального канала fвх по формуле рассчитывается радиальная скорость источника излучения. Если в диапазоне частот, в котором происходит прием излученного сигнала, не обеспечивается требуемая точность измерения частоты входного сигнала и его периода, соответствующие операции проводят на промежуточной частоте и в общем случае расчет радиальной скорости проводят по формуле: где С - скорость распространения электромагнитных волн, равная 299793000 м/с; Vra - заданная скорость перемещения виртуальной антенны; fввх - виртуальная разность частот входного сигнала реального и виртуального каналов; frn - частота гетеродина n-го преобразователя частоты; fпр (n) - n-ая промежуточная частота; n - число преобразователей частоты. На чертеже показана структурная схема устройства для определения радиальной скорости движущегося источника радиоизлучения. Структурная схема устройства содержит антенну 1, усилитель высокой частоты 2, n-каскадный преобразователь частоты 3, формирователь последовательности коротких импульсов с измеряемым периодом Тизм 4, электронный ключ 5, счетчик числа периодов емкостью mо 6, схему формирования временного строба и импульсов обнуления счетчиков 7, генератор импульсов счета 8, временной селектор 9, счетчик импульсов счета 10 и вычислитель 11. Устройство работает следующим образом. На антенну 1 поступает прямой сигнал с частотой fвх и соответственно с периодом Твх. После выделения и усиления в УВЧ 2 сигнал поступает на n-каскадный преобразователь частоты 3 и после него на n-ой промежуточной частоте fпр (n) поступает на формирователь 4, который из входного сигнала формирует последовательность коротких импульсов, следующих с периодом Тизм. Эта последовательность поступает на электронный ключ 5, который в этот момент закрыт. С приходом импульса съема информации схемы формирования импульса строба и импульсов обнуления счетчиков 7 начинает вырабатывать импульс строба, который поступает на управляющие входы электронного ключа 5 и временного селектора 9. С этого момента на счетный вход счетчика числа периодов 6 будут поступать импульсы, следующие с периодом Тизм, а на счетчик импульсов 10 будут поступать импульсы счета с периодом Тсч, как только счетчик 6 заполнится, т.е. будут сосчитаны mо периодов сигнала n-ой промежуточной частоты, на выходе счетчика 6 возникнет импульс, срывающий в схеме формирования временного строба процесс формирования этого строба. Электронный ключ 4 и временной селектор 9 закроются. К этому моменту времени на счетчик 10 поступит m импульсов счета. Таким образом будет сформирована выборка сигнала длительностью mо Тизм, измеренная с дискретностью Тсч. Данные со счетчика импульсов счета - число m поступает в вычислитель 11. В базу данных вычислителя заранее заложена информация о частотах гетеродинов, значении Тсч, числе mо и виртуальной скорости движения антенны Vra. Вычислитель на основе равенства mо Тизм = m Тсч. рассчитывает значение периода сигнала n-ой промежуточной частоты значение n-ой промежуточной частоты значение частоты входного сигнала fвх = f21 + f22 +... + f2n + fпр (n)., период входного сигнала рассчитывает изменение периода в виртуальном канале частоту входного сигнала виртуального канала разность частот fввх = fвх-fввх и, наконец, по формуле рассчитывает значение радиальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения с неизвестными параметрами. Справедливость указанных формул можно объяснить следующим. Пусть в пространстве движется источник излучения с радиальной скоростью Vr. Частота излучения fо, период То. В соответствии с законом Доплера период колебаний, поступающих от движущегося источника на вход приемника, определяется по формуле при этом, если источник удаляется от приемника, то Vr > 0 и период входных колебаний больше периода излученных. Период излученных колебаний можно определить по формуле Если бы во время приема антенна приемника двигалась в сторону от источника со скоростью Vra , то скорость изменения расстояния между источником и приемником Vr ' будет равна сумме скоростей Vr '=Vr+Vra. Тогда период выходного сигнала Твх ' будет равен где Это выражение показывает, что движение антенны со скоростью Vra приводит к изменению периода входного сигнала на величину по сравнению с периодом входного сигнала в случае неподвижной антенны. Расчеты показывают, что для скоростей движения источника меньше хотя бы первой космической влияние Vr на Твх практически равно нулю, т.е. при Vr<<С можно принять При приеме сигнала неподвижной антенной частота входного сигнала fвх будет равна При приеме сигнала подвижной антенной частота входного сигнала fвх ' будет равна Это выражение показывает, что значение частоты fвх ' будет одно и то же, если оно будет рассчитываться либо по измеренному периоду Tвх ' в случае реального движения антенны со скоростью Vra, либо по измеренному периоду Твх, полученному при неподвижной антенне, но искусственно увеличенному на величину Это позволяет в способе определения радиальной скорости, основанном на сравнении частот принятого сигнала и опорного, заменить сравнение частот входного сигнала с частотой опорного сигнала сравнением частоты входного сигнала с частотой входного сигнала, определенной расчетным путем, при условии движения приемной антенны относительно источника радиоизлучения с радиальной скоростью Vra. Как известно, частота сигнала на входе приемника при неподвижной антенне и движущемся источнике определяется по формуле В то же время, частота сигнала на входе приемника с подвижной антенной, а следовательно, на входе виртуального канала будет равна Найдем разность частот реального и виртуального каналов Следовательно поэтому откуда яФормула изобретения
1. Способ определения радиальной скорости перемещения источника радиоизлучения, использующий эффект Доплера, основанный на приеме, выделении и обработке выборки прямого излученного сигнала, отличающийся тем, что прием сигнала ведут одноканальным приемным устройством, антенна которого неподвижна относительно источника, измеряют частоту и период входного сигнала, по формуле рассчитывают изменение периода входного сигнала при условии движения антенны с заданной предполагаемой радиальной скоростью, рассчитывают виртуальную частоту входного сигнала при условии движения антенны и по результатам измерения и расчетов вычисляют значение радиальной скорости перемещения источника радиоизлучения по формуле где Vr - радиальная скорость источника радиоизлучения; С - скорость распространения электромагнитных волн; Vra - заданная предполагаемая радиальная скорость антенны; fвх - измеренная частота входного сигнала; fвх в - расчетная виртуальная частота. 2. Устройство для определения виртуальной скорости перемещения движущегося источника радиоизлучения, содержащее последовательно соединенные антенну и усилитель высокой частоты, а также вычислитель, отличающееся тем, что устройство выполнено содержащим последовательно соединенные усилитель высокой частоты, n - каскадный преобразователь частоты, формирователь последовательности коротких импульсов, электронный ключ, счетчик числа периодов и последовательно соединенные генератор импульсов счета, временной селектор и счетчик импульсов счета, а также схему формирования временного строба и импульса обнуления счетчиков, выход формирования строба которой соединен с управляющими входами электронного ключа и временного селектора, а выход формирования имульса обнуления счетчиков соединен с соответствующими входами счетчика импульсов счета и счетчика числа периодов, выход которого соединен со вторым управляющим входом схемы формирования временного строба и импульса обнуления счетчиков, первый управляющий вход которого соединен с датчиком импульса съема информации, информационный выход счетчика импульсов счета соединен с информационным входом вычислителя, в базу данных которого введена информация о частотах гетеродинов n-каскадного преобразователя частоты, периоде следования импульсов счета, заданной радиальной скорости движения антенны, числе периодов, по которому формируется выборка входного сигнала.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 10.01.2005
Дата публикации: 10.12.2011