RU2031416C1 - Doppl-er radar system - Google Patents

Abstract

FIELD: radiolocation. SUBSTANCE: Doppler radar system includes low-frequency generator 1, modulator 2, superhigh-frequency generator 3, mixer 4, videoamplifiers 5 and 7, subtracter 6, envelope detector 8, integrator with amplifier 9, low-frequency amplifier 10, threshold unit 11, filtering unit 12, actuator 13, test unit 14, transmitting aerial 15, receiving aerial 16, close communication channel 17. EFFECT: enhanced efficiency of radar system. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для получения в отраженном сигнале информации о движении объекта. The invention relates to radar and can be used to obtain information about the movement of an object in a reflected signal.

Известна система, содержащая доплеровское радарное устройство, преобразователь, амплитудный детектор, компаратор, частотный фильтр [1]. A known system comprising a Doppler radar device, a converter, an amplitude detector, a comparator, a frequency filter [1].

Однако данная система имеет невысокий динамический диапазон сигналов и ограниченную чувствительность. However, this system has a low dynamic range of signals and limited sensitivity.

Известна также радиолокационная система обнаружения движущихся целей, содержащая генератор, смеситель, усилитель, устройство запоминания, счетное устройство и циркулятор [2]. Also known is a radar system for detecting moving targets, containing a generator, a mixer, an amplifier, a storage device, a counting device, and a circulator [2].

Эта система также не обеспечивает широкий динамический диапазон сигналов и высокую чувствительность. This system also does not provide a wide dynamic range of signals and high sensitivity.

Известна система, содержащая генератор низкой частоты, модулятор, СВЧ-генератор, вход которого связан с выходом модулятора, а выход - с передающей антенной, приемную антенну, смеситель, низкочастотный избирательный усилитель, ключевую схему, интегратор, пороговое устройство, исполнительное устройство [3]. A known system comprising a low-frequency generator, a modulator, a microwave generator, the input of which is connected to the output of the modulator, and the output is connected to a transmitting antenna, a receiving antenna, a mixer, a low-frequency selective amplifier, a key circuit, an integrator, a threshold device, an actuator [3] .

Однако эта система имеет те же недостатки, что и указанные. However, this system has the same disadvantages as indicated.

Это обусловлено тем, что в данной системе в одинаковой степени осуществляется усиление импульсной последовательности, полученной после преобразования в смесителе и промодулированной разностной частотой полезного сигнала, т. е. полезных сигналов и импульсной постоянной составляющей. При малой глубине модуляции в данном случае затруднительно выделение полезной составляющей. This is due to the fact that in this system, the pulse sequence obtained after conversion in the mixer and modulated by the difference frequency of the useful signal, i.e., useful signals and the pulsed DC component, is amplified to the same extent. With a small modulation depth, in this case, it is difficult to isolate the useful component.

Это ограничивает динамический диапазон входных сигналов и чувствительность системы, что обусловлено тем, что увеличение сигналов подставки импульсной постоянной составляющей практически делает невозможным выделение полезного сигнала. This limits the dynamic range of the input signals and the sensitivity of the system, which is due to the fact that an increase in the stand signals of the pulsed constant component makes it almost impossible to extract a useful signal.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона сигналов и повышение чувствительности. The purpose of the invention is the expansion of the dynamic range of signals and increased sensitivity.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемой доплеровской радарной системы. The drawing shows a structural diagram of the proposed Doppler radar system.

Доплеровская радарная система содержит генератор 1 низкой частоты, модулятор 2, генератор СВЧ 3, смеситель 4, видеоусилитель 5, вычитающее устройство 6, второй видеоусилитель 7, детектор огибающий 8, интегратор с усилителем 9, усилитель низкой частоты 10, пороговый блок 11, блок 12 фильтрации с прямоугольной полости пропускания, исполнительный блок 13, блок 14 контроля, передающую антенну 15, приемную антенну 16, радиоканал 17 ближней связи, шину 18 подачи сигнала "контроль", шину 19 подачи опорного сигнала. The Doppler radar system contains a low-frequency generator 1, a modulator 2, a microwave generator 3, a mixer 4, a video amplifier 5, a subtractor 6, a second video amplifier 7, an envelope detector 8, an integrator with an amplifier 9, a low-frequency amplifier 10, a threshold block 11, block 12 filtering from a rectangular transmission cavity, an executive unit 13, a control unit 14, a transmitting antenna 15, a receiving antenna 16, a short-range radio channel 17, a control signal supply line 18, a reference signal supply line 19.

Выход генератора 1 низкой частоты подключен к первому входу блока 14 контроля и к входу модулятора 2, выход которого связан с входом генератора СВЧ 3, второй вход блока 14 контроля подключен к шине 18 подачи сигнала "контроль", передающая антенна 15 подсоединена к выходу генератора СВЧ 3, приемная антенна 16 подключена к первому входу смесителя 4, второй вход которого связан с вторым выходом генератора СВЧ 3, а выход - с входом видеоусилителя 5, выход которого подключен к первому входу вычитающего устройства 6, второй вход которого подсоединен к выходу интегратора с усилителем 9, а выход - к входу видеоусилителя 7, первый вход интегратора с усилителем 9 подключен к выходу видеоусилителя 7 и к входу детектора огибающей 8, а второй вход - к шине 19 подачи опорного сигнала, вход и выход усилителя 10 низкой частоты подсоединены соответственно к выходу детектора огибающей 8 и к входу порогового блока 11, вход и выход блока 12 фильтрации с прямоугольной полосой пропускания подключены соответственно к выходу порогового блока 11 и к входу исполнительного блока 13, передающая антенна 15 и приемная антенна 16 связаны между собой радиоканалом 17 ближней связи. The output of the low-frequency generator 1 is connected to the first input of the control unit 14 and to the input of the modulator 2, the output of which is connected to the input of the microwave generator 3, the second input of the control unit 14 is connected to the control signal supply bus 18, the transmitting antenna 15 is connected to the output of the microwave generator 3, the receiving antenna 16 is connected to the first input of the mixer 4, the second input of which is connected to the second output of the microwave generator 3, and the output is connected to the input of the video amplifier 5, the output of which is connected to the first input of the subtractor 6, the second input of which is connected to the output integrator with amplifier 9, and the output to the input of the video amplifier 7, the first input of the integrator with amplifier 9 is connected to the output of the video amplifier 7 and to the input of the envelope detector 8, and the second input to the bus 19 for supplying the reference signal, the input and output of the low-frequency amplifier 10 are connected respectively, to the output of the envelope detector 8 and to the input of the threshold unit 11, the input and output of the filtering unit 12 with a rectangular passband are connected respectively to the output of the threshold unit 11 and to the input of the executive unit 13, the transmitting antenna 15 and the receiving antenna 16 interconnected radio channel 17 short-range communication.

Доплеровская радарная система работает следующим образом. The Doppler radar system operates as follows.

Генератор 1 низкой частоты вырабатывает тактовые импульсы для управления модулятором 2 и блоком 14 контроля. Модулятор 2 формирует заданные временные и амплитудные характеристики сигнала управления генератором СВЧ 3 и их стабилизации. Сигналы с выхода генератора СВЧ 3 поступают на передающую антенну 15, которая излучает в пространство импульсные СВЧ колебания с несущей частотой Fо. При этом часть излучаемой энергии за счет воздействия поля вокруг передающей антенны 15 (за счет конечной развязки между приемным и передающим трактом) подается в приемную антенну 16 и с ее выхода на первый вход смесителя 4. Наряду с этим со второго выхода генератора СВЧ 3 подается сигнал на второй вход смесителя 4. Передача части энергии излучаемого поля от передающей антенны 15 на приемную антенну 16 осуществляется через радиоканал 17 ближней связи. Радиоканал 17 ближней связи представляет собой эффективную электрическую связь через эфир между передающей антенной 15 и приемной антенной 16, которая осуществляется за счет оптимального выбора формы и величины поверхностей антенн и расстояний между ними. The low frequency generator 1 generates clock pulses for controlling the modulator 2 and the control unit 14. The modulator 2 generates the specified time and amplitude characteristics of the control signal of the microwave generator 3 and their stabilization. The signals from the output of the microwave generator 3 are fed to a transmitting antenna 15, which emits into the space pulsed microwave oscillations with a carrier frequency Fo. In this case, part of the radiated energy due to the influence of the field around the transmitting antenna 15 (due to the final isolation between the receiving and transmitting paths) is supplied to the receiving antenna 16 and from its output to the first input of the mixer 4. In addition, a signal is supplied from the second output of the microwave generator 3 to the second input of the mixer 4. The transmission of part of the energy of the radiated field from the transmitting antenna 15 to the receiving antenna 16 is via a short-range radio channel 17. The short-range radio channel 17 is an effective electrical connection via ether between the transmitting antenna 15 and the receiving antenna 16, which is carried out due to the optimal choice of the shape and size of the antenna surfaces and the distances between them.

Сигналы, отраженные от движущихся объектов, воспринимаются приемной антенной 16 с доплеровской добавкой по частоте Fд, пропорциональной скорости перемещения в радиальном направлении к излучателю. С выхода антенны 16 принятые сигналы подаются на вход смесителя 4. Таким образом на вход смесителя 4 подаются два вида сигналов: с частотой F (излучаемые сигналы) и с частотой F + Fд (отраженные от движущегося объекта сигналы). Signals reflected from moving objects are perceived by the receiving antenna 16 with a Doppler addition in frequency Fd proportional to the speed of movement in the radial direction to the emitter. From the output of the antenna 16, the received signals are fed to the input of the mixer 4. Thus, two types of signals are fed to the input of the mixer 4: with a frequency F (emitted signals) and with a frequency F + Fд (signals reflected from a moving object).

В этом случае на выходе смесителя 4 выделяется импульсная последовательность сигналов, модулированная по закону изменения частоты Fд. Далее сигналы с выхода смесителя 4 поступают на вход видеоусилителя 5, который осуществляют усиление импульсных сигналов на промежуточной частоте n до необходимой величины. С выхода видеоусилителя 5 импульсные сигналы поступают на первый вход вычитающего устройства 6, на второй вход которого поступают сигналы с выхода интегратора с усилителем 9. Сигналы с выхода вычитающего устройства 6 подаются на вход видеоусилителя 7, где усиливаются и с его выхода подаются на вход детектора огибающей 8 и на первый вход интегратора с усилителем 9, на второй вход которого подается опорное напряжение через шину 19. Следует отметить, что на первый вход вычитающего устройства 6 подается импульсная последовательность, модулированная по закону доплеровской частоты Fд. Причем глубина модуляции относительно небольшая. Импульсную последовательность, действующую на первом входе вычитающего устройства 6, можно представить в виде двух частей: импульсной постоянной составляющей и импульсной переменной составляющей (полезный сигнал). Задача заключается в эффективном выделении импульсной переменной составляющей, которая
представляет собой последовательность весьма малых сигналов по сравнению с импульсной постоянной составляющей. С помощью видеоусилителя 7 осуществляется усиление и переворот по фазе импульсных сигналов. На второй вход интегратора с усилителем 9 подается опорный сигнал такой величины, что операция интегрирования осуществляется только применительно к импульсной переменной составляющей. Таким образом, на выходе интегратора с усилителем 9 имеем практически импульсную постоянную составляющую. Следует отметить, что усиление сигнала в усилителе интегратора 9 производится без поворота его фазы. Это, в частности, реализуется за счет применения двухкаскадного усилителя.In this case, at the output of the mixer 4, a pulse sequence of signals is modulated according to the law of frequency variation Fд. Next, the signals from the output of the mixer 4 are fed to the input of the video amplifier 5, which amplifies the pulse signals at an intermediate frequency n to the required value. From the output of the video amplifier 5, the pulse signals are fed to the first input of the subtractor 6, the second input of which receives signals from the output of the integrator with the amplifier 9. The signals from the output of the subtractor 6 are fed to the input of the video amplifier 7, where they are amplified and fed from the output to the input of the envelope detector 8 and to the first input of the integrator with an amplifier 9, the second input of which is supplied with a reference voltage through the bus 19. It should be noted that the pulse input is fed to the first input of the subtractor 6, modulated Separated by the law of the Doppler frequency Fd. Moreover, the modulation depth is relatively small. The pulse sequence operating at the first input of the subtractor 6 can be represented in two parts: a pulsed constant component and a pulsed variable component (useful signal). The task is to efficiently isolate the pulse variable component, which
represents a sequence of very small signals compared to a pulsed DC component. Using the video amplifier 7, amplification and phase reversal of the pulse signals is carried out. At the second input of the integrator with amplifier 9, a reference signal of such a magnitude is supplied that the integration operation is carried out only in relation to the pulse variable component. Thus, at the output of the integrator with amplifier 9, we have an almost pulsed constant component. It should be noted that the amplification of the signal in the amplifier of the integrator 9 is performed without rotation of its phase. This, in particular, is realized through the use of a two-stage amplifier.

В результате в вычитающем устройстве 6 осуществляется компенсация импульсной постоянной составляющей сигналов, действующих в противофазе на первом и втором его входах. В то же время для импульсной переменной составляющей отрицательная обратная связь не действует и сигналы этой составляющей усиливаются в К1 раз (где К1 - коэффициент усиления видеоусилителя 7) с одновременным уменьшением сигналов импульсной постоянной составляющей в К2 раз (где К2 - коэффициент усиления усилителя интегратора 9). Таким образом, имеет место существенное увеличение удельного веса импульсной переменной составляющей т.е. полезного сигнала. Указанный процесс осуществляется в режиме автоматического регулирования. As a result, the subtractive device 6 compensates for the pulsed constant component of the signals acting in antiphase at its first and second inputs. At the same time, the negative feedback does not work for the pulsed variable component and the signals of this component are amplified by K1 times (where K1 is the gain of the video amplifier 7) with a simultaneous decrease in the signals of the pulsed DC component by K2 times (where K2 is the gain of the integrator amplifier 9) . Thus, there is a significant increase in the specific gravity of the pulse variable component i.e. useful signal. The specified process is carried out in automatic control mode.

Далее сигналы с выхода видеоусилителя 7 подаются на вход детектора 8 огибающей, где происходит выделение напряжения модуляции. С выхода детектора 8 огибающей сигналы подаются на вход усилителя 10 низкой частоты, где они усиливаются до величины, определяемой пороговым блоком 11. При превышении заданного значения напряжения на входе порогового блока 11 на его выходе появляется импульсный сигнал. Таким образом, на выходе порогового блока 11 имеем место импульсная последовательность с частотой Доплера (Fд). Next, the signals from the output of the video amplifier 7 are fed to the input of the envelope detector 8, where the modulation voltage is extracted. From the output of the envelope detector 8, the signals are fed to the input of the low-frequency amplifier 10, where they are amplified to a value determined by the threshold unit 11. When the specified voltage value is exceeded at the input of the threshold unit 11, a pulse signal appears at its output. Thus, at the output of the threshold block 11 we have a pulse sequence with a Doppler frequency (Fd).

Сигналы с выхода порогового блока 11 поступают на вход блока 12 фильтрации с прямоугольной полосой пропускания. В блоке 12 осуществляется обработка (селекция) сигналов по частоте и формирование сигнала напряжения для управления исполнительным блоком 13. В блоке 12 реализуется прямоугольная полоса пропускания для заданного диапазона частот, характеризующих скорости движущихся объектов. Если поступающий сигнал имеет частоту, находящуюся внутри заданного диапазона, то на выходе блока 12 вырабатывается соответствующий сигнал, подаваемый на вход исполнительного блока 13. The signals from the output of the threshold block 11 are fed to the input of the filtering block 12 with a rectangular passband. In block 12, the frequency signals are processed (selected) and a voltage signal is generated to control the executive block 13. In block 12, a rectangular bandwidth is implemented for a given frequency range characterizing the speeds of moving objects. If the incoming signal has a frequency inside the specified range, then the output of block 12 produces a corresponding signal supplied to the input of the Executive block 13.

Если же частота подаваемого сигнала находится вне пределов заданного диапазона, то на выходе блока 12 не вырабатывается никаких сигналов. If the frequency of the supplied signal is outside the specified range, then at the output of block 12 no signals are generated.

С помощью блока 14 контроля осуществляется формирование периодических сигналов контроля, используемы и для проверки работоспособности системы как в процессе непрерывной эксплуатации, так и при проведении профилактических работ. Задействование блока 14 контроля осуществляется при подаче сигнала "контроль" на шину 18. With the help of control unit 14, periodic control signals are generated and are used to verify the system’s operability both during continuous operation and during preventive maintenance. The operation of the control unit 14 is carried out by applying the signal "control" to the bus 18.

Claims (1)

ДОПЛЕРОВСКАЯ РАДАРНАЯ СИСТЕМА, содержащая приемную и передающую антенны, генератор низкой частоты, модулятор, первый вход которой подключен к выходу генератора низкой частоты, СВЧ-генератор, вход которого соединен с выходом модулятора, а выход - с передающей антенной, смеситель, первый вход которого соединен с приемной антенной, усилитель низкой частоты, пороговый блок, вход которого соединен с выходом усилителя низкой частоты, исполнительный блок и интегратор с усилителем, отличающаяся тем, что введены два видеоусилителя, вычитающее устройство, детектор огибающей, вход которого подключен к выходу второго видеоусилителя, а выход - к входу усилителя низкой частоты, блок контроля, первый вход которого соединен с выходом генератора низкой частоты, выход - с вторым входом модулятора, а второй вход является входом сигналов "Контроль", блок фильтрации с прямоугольной полосой пропускания, вход и выход которого подключены соответственно к выходу порогового блока и входу исполнительного блока, выход СВЧ-генератора соединен с вторым входом смесителя, выход которого соединен с входом первого видеоусилителя, выход которого соединен с первым входом вычитающего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом второго видеоусилителя, выход которого через интегратор с усилителем соединен с вторым входом вычитающего устройства, второй вход интегратора с усилителям является входом опорного сигнала, а приемная и передающая антенны связаны между собой радиоканалом ближней связи. A DOPLER RADAR SYSTEM containing a receiving and transmitting antenna, a low-frequency generator, a modulator, the first input of which is connected to the output of a low-frequency generator, a microwave generator, the input of which is connected to the output of the modulator, and the output - to a transmitting antenna, a mixer, the first input of which is connected with a receiving antenna, a low-frequency amplifier, a threshold unit, the input of which is connected to the output of a low-frequency amplifier, an executive unit and an integrator with an amplifier, characterized in that two video amplifiers are introduced, subtracting the an envelope detector, the input of which is connected to the output of the second video amplifier, and the output is to the input of the low-frequency amplifier, a control unit, the first input of which is connected to the output of the low-frequency generator, the output is to the second input of the modulator, and the second input is the input of the "Control ", a filtering unit with a rectangular passband, the input and output of which are connected respectively to the output of the threshold unit and the input of the executive unit, the output of the microwave generator is connected to the second input of the mixer, the output of which is connected to the input m of the first video amplifier, the output of which is connected to the first input of the subtractor, the output of the subtractor is connected to the input of the second video amplifier, the output of which through the integrator with the amplifier is connected to the second input of the subtractor, the second input of the integrator with amplifiers is the reference signal input, and the receiving and transmitting antennas interconnected short-range radio channel.