RU2087922C1

RU2087922C1 - Radar sensor

Info

Publication number: RU2087922C1
Application number: RU94011904A
Authority: RU
Inventors: С.С. Шуренков; А.А. Васин
Original assignee: Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority date: 1994-04-05
Filing date: 1994-04-05
Publication date: 1997-08-20

Abstract

FIELD: separation of Doppler frequency proportional to target speed and separation of video pulses whose delay is proportional to target range. SUBSTANCE: radar sensor has synchronizing unit, modulator, modulating-frequency generator, first directional coupler, phase shifter, transmitting antenna, receiving antenna, first adjustable attenuator, band filter, first mixer, local oscillator, second directional coupler, preamplifier, second adjustable attenuator, second and third mixers, intermediate-frequency amplifier, synchronous detector unit, low-frequency amplifier, automatic gain control circuit, single- and modulation unit, and functions to emit continuous, periodically phase-modulated signal at short radio-pulse modulation periods

Description

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к импульсно-доплеровским радиолокационным системам, осуществляющим когерентную обработку принятых сигналов с целью выделения доплеровской частоты, пропорциональной относительной скорости между радиодатчиком и целью, а также выделение видеоимпульсов, задержка которых относительно излученных радиоимпульсов пропорциональна расстоянию до цели. The invention relates to the field of radar, in particular to pulse-Doppler radar systems that coherently process the received signals in order to isolate the Doppler frequency proportional to the relative speed between the radio sensor and the target, as well as the allocation of video pulses, the delay of which relative to the emitted radio pulses is proportional to the distance to the target.

Изобретение может быть использовано в радиолокационных системах миллиметрового диапазона длин волн для измерения скорости и дальности объектов (целей). The invention can be used in millimeter-wave radar systems for measuring the speed and range of objects (targets).

Известна радиолокационная станция с когерентным излучением и импульсной модуляцией (патент Франции N 1602645) с регулируемой длительностью излученного импульса и следящего строба в зависимости от измеряемой дальности, что обеспечивает хорошую разрешающую способность на малых дальностях и высокую чувствительность на больших дальностях. Known radar station with coherent radiation and pulse modulation (French patent N 1602645) with adjustable duration of the emitted pulse and the tracking strobe depending on the measured range, which provides good resolution at short ranges and high sensitivity at long ranges.

РЛС содержит соединенные известным образом задающий генератор, модулятор, усилитель мощности, дуплексер, антенну, смеситель, стробируемый усилитель промежуточной частоты, когерентный детектор, ряд доплеровских фильтров, индикатор уровня сигнала, индикаторы расстояния и скорости. К недостатку рассмотренной РЛС следует отнести снижение точности измеряемой дальности с увеличением расстояния вследствие увеличения длительности излученного радиоимпульса. The radar contains a master oscillator, modulator, power amplifier, duplexer, antenna, mixer, gated intermediate frequency amplifier, coherent detector, a number of Doppler filters, signal strength indicator, distance and speed indicators, connected in a known manner. The disadvantage of the considered radar is a decrease in the accuracy of the measured range with increasing distance due to an increase in the duration of the emitted radio pulse.

Из выявленных аналогов ближайшим прототипом является импульсно-доплеровская РЛС GERA с высокой разрешающей способностью, работающей на частоте 35 ГГц. РЛС содержит блок синхронизации, соединенные последовательно модулятор, вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации, соединенные последовательно генератор, вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, смеситель передатчика, второй вход которого соединен с третьим выходом блока синхронизации, первый циркулятор, первый фильтр, второй циркулятор, третий циркулятор, второй вход которого соединен с выходом импульсного оконечного каскада, четвертый циркулятор, согласующее устройство, антенну, соединенные последовательно пятый циркулятор, вход которого соединен с вторым выходом первого циркулятора, шестой циркулятор, соединенные последовательно второй фильтр, седьмой циркулятор, второй вход которого соединен с выходом шестого циркулятора, третий фильтр, соединенные последовательно первый регулируемый аттенюатор, первый вход которого соединен с вторым входом четвертого циркулятора, а второй вход соединен с вторым выходом блока синхронизации, четвертый фильтр, первый и второй смесители приемника, входы которых соединены с выходами третьего и четвертого фильтров, соединенные последовательно предварительный усилитель промежуточной частоты, первый вход которого соединен с выходом первого смесителя, а второй соединен с выходом второго смесителя, второй регулируемый аттенюатор, логарифмический усилитель промежуточной частоты, синхронный детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора. Of the identified analogues, the closest prototype is the high-resolution, pulse-Doppler GERA radar operating at a frequency of 35 GHz. The radar comprises a synchronization unit, a modulator connected in series, the input of which is connected to the fourth output of the synchronization unit, a generator connected in series, the input of which is connected to the first output of the synchronization unit, a transmitter mixer, the second input of which is connected to the third output of the synchronization unit, a first circulator, a first filter, the second circulator, the third circulator, the second input of which is connected to the output of the pulse terminal stage, the fourth circulator, matching device, antenna, connected e sequentially the fifth circulator, the input of which is connected to the second output of the first circulator, the sixth circulator, the second filter connected in series, the seventh circulator, the second input of which is connected to the output of the sixth circulator, the third filter, the first adjustable attenuator connected in series, the first input of which is connected to the second input the fourth circulator, and the second input is connected to the second output of the synchronization unit, the fourth filter, the first and second mixer of the receiver, the inputs of which are connected to the outputs of tego and fourth filters connected in series preamplifier intermediate frequency, a first input coupled to an output of the first mixer and the second is connected to the output of the second mixer, a second variable attenuator, logarithmic intermediate-frequency amplifier, a synchronous detector, a second input coupled to a second generator output.

К недостатком следует отнести высокую стоимость разработки и изготовления данной РЛС из-за наличия сложных в технологическом исполнении СВЧ-элементов:
автоколебательного (автодиодного) смесителя,
передатчика на диоде Ганна,
импульсного синхронизируемого оконечного каскада.The disadvantage is the high cost of the development and manufacture of this radar due to the presence of complex microwave components in the technological design:
self-oscillating (diode) mixer,
Gann diode transmitter
pulse synchronized terminal stage.

Целью изобретения являются снижение стоимости разработки и изготовления радиодатчика. The aim of the invention is to reduce the cost of development and manufacture of a radio sensor.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок синхронизации, модулятор, первый вход которого соединен с выходом блока синхронизации, генератор модулирующей частоты, генератор передатчика, антенну передающую, соединенные последовательно первый регулируемый аттенюатор, полосовой фильтр, первый смеситель, второй смеситель, соединенные последовательно предварительный усилитель, второй регулируемый аттенюатор, соединенные последовательно усилитель промежуточной частоты (УПЧ), блок синхронных детекторов, причем второй вход модулятора соединен с выходом генератора модулирующей частоты, первый вход первого смесителя соединен с выходом полосового фильтра, а выход первого смесителя соединен с входом предварительного усилителя, первый вход второго смесителя соединен с выходом второго регулируемого аттенюатора, а выход соединен с входом УПЧ, дополнительно введены первый направленный ответвитель (НО), вход которого соединен с выходом генератора передатчика, фазовращатель, первый вход которого соединен с первым выходом первого НО, второй вход которого соединен с выходом модулятора, а выход соединен с входом антенны передающей, соединенные последовательно гетеродин, второй НО, второй выход которого соединен с вторым входом первого смесителя, третий смеситель, первый вход которого соединен с вторым выходом первого НО, второй вход которого соединен с первым выходом второго НО, а выход соединен с вторым входом второго смесителя, усилитель низкой частоты (УНЧ), вход которого соединен с выходом второго смесителя, схема автоматической регулировки усилителя (АРУ), вход которой соединен с выходом УНЧ, первый выход которой соединен с вторым входом первого регулируемого аттенюатора, второй выход которой соединен с вторым входом регулируемого аттенюатора, блок однополосной модуляции (ОМ), первый вход которого соединен с выходом генератора модулирующей частоты, второй вход которого соединен с выходом УНЧ, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами блока синхронных детекторов, антенна приемная, выход которой соединен с первым входом первого регулируемого аттенюатора. This goal is achieved by the fact that in a device containing a synchronization unit, a modulator, the first input of which is connected to the output of the synchronization unit, a modulating frequency generator, a transmitter generator, a transmitting antenna, a first adjustable attenuator, a bandpass filter, a first mixer, a second mixer connected in series a pre-amplifier in series, a second adjustable attenuator, an intermediate-frequency amplifier (IFA) connected in series, a block of synchronous detectors, the second The first input of the modulator is connected to the output of the modulating frequency generator, the first input of the first mixer is connected to the output of the bandpass filter, and the output of the first mixer is connected to the input of the pre-amplifier, the first input of the second mixer is connected to the output of the second adjustable attenuator, and the output is connected to the input of the amplifier, additionally introduced the first directional coupler (BUT), the input of which is connected to the output of the transmitter generator, a phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the first BUT, the second input of which is single with the output of the modulator, and the output is connected to the input of the transmitting antenna, a local oscillator connected in series, a second NO, the second output of which is connected to the second input of the first mixer, the third mixer, the first input of which is connected to the second output of the first NO, the second input of which is connected to the first output the second BUT, and the output is connected to the second input of the second mixer, a low-frequency amplifier (VLF), the input of which is connected to the output of the second mixer, an automatic amplifier control circuit (AGC), the input of which is connected to the output VLF, the first output of which is connected to the second input of the first adjustable attenuator, the second output of which is connected to the second input of the adjustable attenuator, a single-band modulation unit (OM), the first input of which is connected to the output of the modulating frequency generator, the second input of which is connected to the output of the VLF, the first and the second outputs of which are connected respectively to the second and third inputs of the block of synchronous detectors, a receiving antenna, the output of which is connected to the first input of the first adjustable attenuator.

В предлагаемом устройстве, излучая непрерывный сигнал, с приходом импульса запуска модулятор формирует радиоимпульс, который поступает на фазовый модулятор, при этом фаза излученного сигнала изменяется в пределах

с частотой заполнения радиоимпульса. Частота принятого сигнала преобразуется в первую промежуточную частоту, после усиления в предварительном усилителе во втором смесителе осуществляется когерентное смешивание принятого сигнала с опорным сигналом, сформированным в результате преобразования сигналов генератора передатчика и гетеродина. После когерентной обработки на выходе второго смесителя выделяются непрерывный сигнал доплеровской частоты и радиоимпульсы с частотой фазовой модуляции, сдвинутой на доплеровскую частоту. В блоке однополосной модуляции (ОМ) осуществляется сдвиг модулирующей частоты на частоту доплера. На выходах синхронных детекторов, работающих в квадратуре, выделяются видеоимпульсы, задержка которых пропорциональна измеряемой дальности.In the proposed device, emitting a continuous signal, with the arrival of a trigger pulse, the modulator generates a radio pulse that arrives at the phase modulator, while the phase of the emitted signal varies within

with the frequency of filling the radio pulse. The frequency of the received signal is converted to the first intermediate frequency, after amplification in the preamplifier in the second mixer, the received signal is coherently mixed with the reference signal generated as a result of signal conversion of the transmitter generator and local oscillator. After coherent processing, a continuous Doppler frequency signal and radio pulses with a phase modulation frequency shifted by the Doppler frequency are extracted at the output of the second mixer. In the block of single-band modulation (OM), the modulating frequency is shifted by the Doppler frequency. At the outputs of synchronous detectors operating in quadrature, video pulses are allocated whose delay is proportional to the measured range.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков, связями между блоками и исполнением устройств формирования зондирующего и обработки принятого сигналов. Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new blocks, the connections between the blocks and the execution of the devices for generating probing and processing the received signals.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Введение новых блоков и связей между блоками позволяет исключить из схемы радиодатчика сложные в техническом исполнении смеситель передатчика, импульсный оконечный каскад, существенно упростить формирование зондирующего сигнала, а значит, снизить стоимость разработки и изготовления устройства. The introduction of new blocks and the connections between the blocks allows us to exclude the transmitter mixer, impulse terminal cascade, complicated in technical design, from the radio sensor circuit, to significantly simplify the formation of the probe signal, and thus reduce the cost of developing and manufacturing the device.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 приведена блок-схема радиодатчика; на фиг. 2 эпюры, поясняющие работу радиодатчика. In FIG. 1 shows a block diagram of a radio sensor; in FIG. 2 diagrams explaining the operation of the radio sensor.

Радиодатчик содержит генератор модулирующей частоты 3, соединенные последовательно блок синхронизации 1, первый вход модулятора 2, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующей частоты 3, генератор передатчика 4, первый направленный ответвитель 5, вход которого соединен с выходом генератора передатчика 4, соединенные последовательно фазовращатель 6, первый вход которого соединен с первым выходом первого направленного ответвителя 5, второй вход которого соединен с выходом модулятора 2, передающую антенну 7, соединенные последовательно гетеродин 12, второй направленный ответвитель 11, третий смеситель 10, первый вход которого соединен с вторым выходом первого направленного ответвителя 5, а второй вход соединен с первым выходом второго направленного ответвителя 11, соединенные последовательно антенну приемную 22, первый вход первого регулируемого аттенюатора 21, полосовой фильтр 20, первый вход первого смесителя 19, предварительный усилитель 18, первый вход второго регулируемого аттенюатора 17, первый вход второго смесителя 16, второй вход которого соединен с выходом третьего смесителя 10, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 15, первый вход блока синхронных детекторов 14, усилитель низкой частоты (УНЧ) 9, вход которого соединен с выходом второго смесителя 16, блок однополосной модуляции 8, первый вход которого соединен с выходом генератора модулирующей частоты 3, а второй вход соединен с выходом УНЧ 9, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами блока синхронных детекторов 14, схему автоматической регулировки усиления (АРУ) 13, вход которой соединен с выходом УНЧ 9, первый выход которой соединен с вторым входом первого регулируемого аттенюатора 21, а второй выход соединен с вторым входом второго регулируемого аттенюатора 17. The radio sensor contains a modulating frequency generator 3, connected in series to the synchronization unit 1, the first input of the modulator 2, the second input of which is connected to the output of the modulating frequency generator 3, the transmitter generator 4, the first directional coupler 5, the input of which is connected to the output of the transmitter generator 4, connected in series with the phase shifter 6, the first input of which is connected to the first output of the first directional coupler 5, the second input of which is connected to the output of modulator 2, the transmitting antenna 7, connected by heterodyne 12, the second directional coupler 11, the third mixer 10, the first input of which is connected to the second output of the first directional coupler 5, and the second input is connected to the first output of the second directional coupler 11, the receiving antenna 22 connected in series, the first input of the first adjustable attenuator 21, band-pass filter 20, the first input of the first mixer 19, the pre-amplifier 18, the first input of the second adjustable attenuator 17, the first input of the second mixer 16, the second input of which is connected to the output m of the third mixer 10, an intermediate frequency amplifier (UPCH) 15, the first input of a block of synchronous detectors 14, a low-frequency amplifier (ULF) 9, the input of which is connected to the output of the second mixer 16, a single-band modulation unit 8, the first input of which is connected to the output of the modulating generator frequency 3, and the second input is connected to the output of the VLF 9, the first and second outputs of which are connected respectively to the second and third inputs of the block of synchronous detectors 14, the automatic gain control circuit (AGC) 13, the input of which is connected to the output of the VLF 9, per the first output of which is coupled to a second input of the first variable attenuator 21 and a second output coupled to a second input of the second variable attenuator 17.

Составные части предлагаемого радиодатчика имеют традиционное построение и особых пояснений не требуют. The components of the proposed radio sensor have a traditional construction and do not require special explanations.

Радиопередатчик работает следующим образом. Синусоидальный непрерывный сигнал с выхода генератора передатчика 4, выполненного на диоде Ганна, частотой f₀ через направленный ответвитель 5, фазовращатель 6 [2, с. 128] антенну передающую 7 излучается в пространство. Часть мощности сигнала генератора 4 с второго выхода направленного ответвителя 5 в качестве опорного сигнала поступает на второй вход третьего смесителя 10. Импульсная последовательность (фиг. 2, а) с выхода блока синхронизации 1 поступает на первый вход модулятора 2, на второй вход которого поступает непрерывный синусоидальный сигнал частотой f_м с первого выхода генератора модулирующей частоты 3, при этом на выходе модулятора 2 формируется последовательность радиоимпульсов (фиг. 2, б). При поступлении радиоимпульса на второй вход фазовращателя 6 осуществляется фазовая модуляция излученного сигнала по синусоидальному закону в пределах

в течение длительности радиоимпульса τ_и с частотой модуляции f_м.The radio transmitter operates as follows. A sinusoidal continuous signal from the output of the generator of the transmitter 4, made on the Gunn diode, with a frequency f ₀ through a directional coupler 5, a phase shifter 6 [2, p. 128] an antenna transmitting 7 is radiated into space. Part of the signal power of the generator 4 from the second output of the directional coupler 5 as a reference signal is supplied to the second input of the third mixer 10. The pulse sequence (Fig. 2, a) from the output of the synchronization unit 1 is supplied to the first input of the modulator 2, the second input of which is fed a sinusoidal signal of frequency f _m from the first output of the modulating frequency generator 3, while a sequence of radio pulses is formed at the output of the modulator 2 (Fig. 2, b). When a radio pulse arrives at the second input of the phase shifter 6, the phase modulation of the emitted signal is carried out according to a sinusoidal law within

during the duration of the radio pulse τ _and with a modulation frequency f _m

Фазу излученного сигнала запишем в виде:

где f₀ частота генератора передатчика;
f_м частота фазовой модуляции;

τ_и длительность излучаемых радиоимпульсов;
Т_п период следования радиоимпульсов.The phase of the emitted signal is written in the form:

where f _{0 is the} frequency of the transmitter generator;
f _m phase modulation frequency;

τ _{and the} duration of the emitted radio pulses;
T _{p the} period of the following radio pulses.

Отраженный сигнал с выхода антенны приемной 22 через регулируемый аттенюатор 21, полосовой фильтр 20 поступает на первый вход первого смесителя 19, на второй вход которого поступает с второго выхода второго направленного ответвителя 11 сигнал гетеродина 12, выполненного на диоде Ганна, частотой f_г.The reflected signal from the output of the receiving antenna 22 through an adjustable attenuator 21, the band-pass filter 20 is fed to the first input of the first mixer 19, the second input of which comes from the second output of the second directional coupler 11, the local oscillator 12 signal is made on the Gunn diode, frequency f _g .

Полосовой фильтр 20 предназначен для защиты приемного тракта от помехи по зеркальному каналу. The band-pass filter 20 is designed to protect the receiving path from interference through the mirror channel.

Фазу принятого сигнала запишем в виде:

где

задержка принятого сигнала (3);
R₀ дальность до цели;
V скорость сближения (знак "-"), удаления (знак "+") цели;
c скорость света.We write the phase of the received signal in the form:

Where

delayed received signal (3);
R ₀ range to the target;
V speed of approach (sign "-"), removal (sign "+") of the target;
c is the speed of light.

Фазу преобразованного сигнала на выходе первого смесителя 19 запишем в виде:

В общем виде, считая коэффициенты передачи элементов премного тракта равными 1, сигнал на выходе первого смесителя 19 запишем в виде:

где P_c непрерывная мощность излученного сигнала;
N_рл ослабление сигнала в радиолокации.The phase of the converted signal at the output of the first mixer 19 is written in the form:

In general terms, considering the transmission coefficients of the elements of the premium path equal to 1, the signal at the output of the first mixer 19 is written as:

where P _{c is the} continuous power of the emitted signal;
N _rl attenuation of the signal in the radar.

Если обозначить

то, используя соотношение для функции Бесселя целого порядка [3, с. 781] запишем после преобразований сигнал на выходе первого смесителя 19 в виде:

В момент времени, когда функция включения

, функции Бесселя имеют значения J₀(0)= 1, J_2k(0)=0, J_2k-1(0)=0, при этом на выходе первого смесителя 19 выделяется непрерывный сигнал с частотой

В момент времени, когда функция включения η (t-τ-mT_п)= 1, на выходе первого смесителя 19 образуются радиоимпульсы с частотами заполнения

С выхода первого смесителя 19 сигнал поступает на вход предварительного усилителя 18.If designated

then, using the relation for the Bessel function of integer order [3, p. 781] after transformations, we write the signal at the output of the first mixer 19 in the form:

At the time when the on function

, Bessel functions have values J ₀ (0) = 1, J _2k (0) = 0, J _2k-1 (0) = 0, while the output of the first mixer 19 produces a continuous signal with a frequency

At the time when the switching function η (t-τ-mT _p ) = 1, radio pulses with filling frequencies are formed at the output of the first mixer 19

From the output of the first mixer 19, the signal is fed to the input of the pre-amplifier 18.

С учетом выражения (6), фильтрующих свойств предварительного усилителя 18 после преобразований сигнал на его выходе запишем в виде

С учетом соотношений (3) и (9) видно, что на выходе предварительного усилителя 18 выделяется непрерывный сигнал с частотой

и импульсный радиосигнал с частотой заполнения

с выхода предварительного усилителя 18 через второй регулируемый аттенюатор 17 сигнал поступает на первый вход второго смесителя 16, на второй вход которого с выхода третьего смесителя 10 в качестве опорного приходит сигнал с фазой:
Φ_оп(t) = 2π(f_г-f_o)t (12)
Опорный сигнал формируется в результате преобразования в третьем смесителе 10 сигналов генератора передатчика 4 и гетеродина 12, поступающих соответственно с второго выхода направленного ответвителя 5 и с первого выхода направленного ответвителя 11.Taking into account expression (6), filtering properties of the pre-amplifier 18 after transformations, we write the signal at its output in the form

Taking into account relations (3) and (9), it is clear that a continuous signal with a frequency of

and pulse radio frequency filling signal

from the output of the pre-amplifier 18 through a second adjustable attenuator 17, the signal is fed to the first input of the second mixer 16, the second input of which from the output of the third mixer 10 as a reference signal comes with the phase:
Φ _op (t) = 2π (f _g -f _o ) t (12)
The reference signal is formed as a result of the conversion in the third mixer 10 of the signals of the generator of the transmitter 4 and the local oscillator 12, respectively, coming from the second output of the directional coupler 5 and from the first output of the directional coupler 11.

С учетом соотношения (3) после преобразования сигнал на выходе второго смесителя 16 запишем в виде:

Сигнал с выхода второго смесителя 16 поступает на входы УНЧ 9 и УПЧ 15. С учетом фильтрации непрерывный сигнал (фиг. 2, в) на выходе УНЧ 9 запишем в виде:

С учетом фильтрации сигнал (фиг. 2, г) на выходе УПЧ 15 запишем в виде:

Сигнал доплеровской частоты

с выхода УНЧ 9 поступает на ВЫХ 1 радиодатчика, а также через схему АРУ 13 на вторые входы регулируемых аттенюаторов 17 и 21. При этом амплитуда выходных сигналов УНЧ и УПЧ поддерживается в требуемых пределах при изменении мощности принятого сигнала в широких пределах. Одновременно сигнал с выхода УНЧ поступает на второй вход блока однополосной модуляции 8, на первый вход которого поступает сигнал генератора модулирующей частоты 3. Блок однополосной модуляции 8 осуществляет сдвиг модулирующей частоты f_м на частоту Доплера F_д1 и по принципу действия аналогичен схеме, приведенной в [4, с. 327] формирует два опорных сигнала суммарной частоты, сдвинутых на 90^o.Given the relationship (3) after conversion, the signal at the output of the second mixer 16 is written in the form:

The signal from the output of the second mixer 16 is fed to the inputs of the ULF 9 and UPCH 15. Taking into account the filtering, a continuous signal (Fig. 2, c) at the output of the ULF 9 is written as:

Taking into account filtering, the signal (Fig. 2, d) at the output of the amplifier 15 is written in the form:

Doppler frequency signal

from the output of the VLF 9 it is supplied to OUT 1 of the radio sensor, and also through the AGC circuit 13 to the second inputs of the adjustable attenuators 17 and 21. At the same time, the amplitude of the output signals of the VLF and UHFs is maintained within the required limits when the power of the received signal varies widely. At the same time, the signal from the VLF output is fed to the second input of the single-band modulation unit 8, to the first input of which the signal of the modulating frequency generator 3 is supplied. The single-band modulation unit 8 shifts the modulating frequency f _m to the Doppler frequency F _d1 and is similar in principle to the circuit shown in [ 4, p. 327] generates two reference signals of the total frequency shifted by 90 ^o .

Используя соотношение (14), фазу сигнала разностной частоты на выходе блока однополосной модуляции 8 запишем в виде:

Используя соотношения (15) и (17), с учетом фильтрации высокочастотных составляющих сигналы на выходах блока синхронных детекторов 14 запишем в виде:

Из полученных выражений видно, что на выходах блока синхронных детекторов 14 (ВЫХ 2, ВЫХ 3 радиодатчика) формируются последовательности видеоимпульсов (фиг. 2, д, е), огибающая которых изменяется по синусоидальному закону со сдвигом по фазе на 90^o с доплеровской частотой

Проведем сравнительный анализ заявляемого устройства и прототипа. В отличие от прототипа в заявленном устройстве с выходов блока синхронных детекторов снимаются видеоимпульсы, огибающая которых изменяется с доплеровской частотой, пропорциональной более низкой модулирующей частоте f_м, а не частоте излученного сигнала f₀.Using relation (14), the phase of the differential frequency signal at the output of the single-band modulation unit 8 is written in the form:

Using relations (15) and (17), taking into account the filtering of high-frequency components, the signals at the outputs of the block of synchronous detectors 14 can be written in the form:

From the obtained expressions it is seen that at the outputs of the block of synchronous detectors 14 (OUT 2, OUT 3 of the radio sensor), sequences of video pulses are formed (Fig. 2, e, f), the envelope of which changes according to a sinusoidal law with a phase shift of 90 ^o with a Doppler frequency

A comparative analysis of the inventive device and prototype. In contrast to the prototype, video pulses are removed from the outputs of a block of synchronous detectors, the envelope of which changes with a Doppler frequency proportional to the lower modulating frequency f _m rather than the frequency of the emitted signal f ₀ .

Более низкая доплеровская частота позволяет сделать более узкой полосу фильтра доплеровских частот, что приводит к улучшению чувствительности приемного устройства. A lower Doppler frequency allows you to make a narrower filter band of the Doppler frequencies, which leads to improved sensitivity of the receiving device.

Будем полагать, что обработка сигнала в заявляемом устройстве и прототипе осуществляется по схеме [5, рис 4.13, б, с. 238] Накопитель в простейшем случае состоит из последовательно включенных селектора дальности на видеочастоте и фильтра доплеровских частот. We will assume that the signal processing in the inventive device and prototype is carried out according to the scheme [5, Fig. 4.13, b, p. 238] The drive in the simplest case consists of sequentially connected range selectors on the video frequency and a Doppler frequency filter.

С учетом двухполосной свертки шумов в блоке синхронных детекторов мощность шумов на выходе доплеровского фильтра запишем в виде:

где k=1,38•10^-23 Дж/к постоянная Больцмана;
T_ш эквивалентная шумовая температура приемника, приведенная к его входу;
τ_и длительность селекторных импульсов, равная длительности принятых видеоимпульсов;
T_п период следования видеоимпульсов;
ΔF_ФДЧ шумовая полоса фильтра доплеровских частот.Taking into account the two-way convolution of noise in the block of synchronous detectors, the noise power at the output of the Doppler filter can be written as:

where k = 1.38 • 10 ^-23 J / k Boltzmann constant;
T _{W the} equivalent noise temperature of the receiver, reduced to its input;
τ _{and the} duration of the selector pulses, equal to the duration of the received video pulses;
T _{p the} period of the sequence of video pulses;
ΔF _PDF noise filter band Doppler frequencies.

Будем считать, что полоса фильтра определяется максимальной доплеровской частотой, тогда для прототипа ΔF_ФДЧ1≈ F_g1max, а для заявляемого устройства ΔF_ФДЧ2≈ F_g2max.We assume that the filter band is determined by the maximum Doppler frequency, then for the prototype ΔF _PDF1 ≈ F _g1max , and for the inventive device ΔF _PDF2 ≈ F _g2max .

Из соотношения 2.4.12 [5, с. 96] следует, что амплитуда гармоники доплеровской частоты равна постоянной составляющей последовательности немодулированных видеоимпульсов A₀/2.From the relation 2.4.12 [5, p. 96], it follows that the amplitude of harmonic Doppler frequency component equal to a constant sequence of baseband video pulses A _0/2.

где U_m амплитуда видеоимпульсов;
τ_и длительность видеоимпульсов;
T_п период следования видеоимпульсов.

where U _{m the} amplitude of the video pulses;
τ _and duration of video pulses;
T _{p the} period of the video pulses.

Используя соотношение (22), мощность сигнала на выходе доплеровского фильтра прототипа запишем в виде:

где P_имп импульсная излученная мощность;
N_рл ослабление сигнала в радиолинии.Using relation (22), the signal power at the output of the prototype Doppler filter can be written as:

where P _imp pulsed radiated power;
N _rl signal attenuation in the radio link.

Используя соотношения (18), (19), (22), мощность сигнала на выходе доплеровского фильтра радиодатчика запишем в виде:

Используя соотношения (16), (21), (23), отношение сигнал/шум на выходе доплеровского фильтра прототипа запишем в виде:

Используя соотношения (20), (21), (24), отношение сигнал/шум на выходе доплеровского фильтра радиодатчика запишем в виде:

Приравнивания соотношения (25) и (26), определим мощность непрерывного сигнала радиодатчика через импульсную мощность прототипа в виде:

С учетом двухполосной свертки шумов в смесителе 16 мощность шумов приемника на выходе УНЧ 9 радиодатчика запишем в виде:

где ΔF_УНЧ шумовая полоса УНЧ, определяемая максимальной доплеровской частотой из соотношения (16).Using relations (18), (19), (22), the signal power at the output of the Doppler filter of the radio sensor can be written as:

Using ratios (16), (21), (23), the signal-to-noise ratio at the output of the prototype Doppler filter can be written as:

Using relations (20), (21), (24), the signal-to-noise ratio at the output of the Doppler filter of the radio sensor can be written as:

Equating relations (25) and (26), we determine the power of the continuous signal of the radio sensor through the pulse power of the prototype in the form:

Given the two-way convolution of noise in the mixer 16, the noise power of the receiver at the output of the ULF 9 radio sensor is written in the form:

where ΔF _ULF noise band of the ULF determined by the maximum Doppler frequency from relation (16).

Используя соотношение (14), мощность непрерывного сигнала на выходе УНЧ запишем в виде:
P_унч=P_с•N_рл (29)
Используя соотношения (16), (28), (29), отношение сигнал/шум на выходе УНЧ запишем в виде:

Используя соотношения (26), (30), определим частоту модуляции через параметры зондирующего сигнала в виде:

Поскольку сигнал с выхода УНЧ 9 через блок однополосной модуляции 8 используется в качестве опорного для блока синхронных детекторов 14, то необходимо обеспечить q₃≥10, при этом q₂≥1.Using relation (14), the power of the continuous signal at the output of the ULF is written in the form:
P _unch = P _s • N _rl (29)
Using relations (16), (28), (29), the signal-to-noise ratio at the output of the ULF is written in the form:

Using relations (26), (30), we determine the modulation frequency through the parameters of the probing signal in the form:

Since the signal from the output of the VLF 9 through the block of single-band modulation 8 is used as a reference for the block of synchronous detectors 14, it is necessary to provide q ₃ ≥10, with q ₂ ≥1.

Если полагать, для сравнения, что f₀ ≈35•10³ МГц,

q₃/q₂=10, то частота фазовой модуляции, определяемая соотношением (31), должна быть не менее 105 МГц, а для обеспечения одинакового энергетического потенциала требуемая мощность непрерывного сигнала радиодатчика с учетом соотношения (27) может быть в 100 раз меньше импульсной мощности прототипа.If we assume, for comparison, that f ₀ ≈35 • 10 ³ MHz,

q ₃ / q ₂ = 10, then the phase modulation frequency determined by relation (31) should be at least 105 MHz, and to ensure the same energy potential, the required power of the continuous signal of the radio sensor taking into account relation (27) can be 100 times less than the pulse power prototype.

Таким образом, за счет введения периодической фазовой модуляции короткими радиоимпульсами непрерывного сигнала удается исключить из схемы радиодатчика сложные в техническом исполнении автоколебательный смеситель передатчика, а также импульсный синхронизируемый оконечный каскад, что существенно снизит стоимость разработки и изготовления устройства. Thus, due to the introduction of periodic phase modulation by short radio pulses of a continuous signal, it is possible to exclude from the radio sensor circuit complicated in technical design a self-oscillating transmitter of the transmitter, as well as a pulsed synchronized end stage, which will significantly reduce the cost of developing and manufacturing the device.

Claims

Радиодатчик, содержащий блок синхронизации, модулятор, первый вход которого соединен с выходом блока синхронизации, генератор модулирующей частоты, генератор передатчика, передающую антенну, первый смеситель, второй смеситель, соединенные последовательно первый регулируемый аттенюатор, полосовой фильтр, соединенные последовательно предварительный усилитель, второй регулируемый аттенюатор, соединенные последовательно усилитель промежуточный частоты, блок синхронных детекторов, отличающийся тем, что второй вход модулятора соединен с выходом генератора модулирующей частоты, первый вход первого смесителя соединен с выходом полосового фильтра, выход первого смесителя соединен с входом предварительного усилителя, первый вход второго смесителя соединен с выходом второго регулируемого аттенюатора, а выход соединен с входом усилителя промежуточной частоты, дополнительно введены первый направленный ответвитель, вход которого соединен с выходом генератора передатчика, фазовый модулятор, первый вход которого соединен с первым выходом первого направленного ответвителя, второй вход фазового модулятора соединен с выходом модулятора, а выход соединен с входом передающей антенны, соединенные последовательно гетеродин, второй направленный ответвитель, второй выход которого соединен с вторым входом первого смесителя, третий смеситель, первый вход которого соединен с вторым выходом первого направленного ответвителя, второй вход смесителя соединен с первым выходом второго направленного ответвителя, а выход соединен с вторым входом второго смесителя, усилитель низкой частоты, вход которого соединен с выходом второго смесителя, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом усилителя низкой частоты, первый выход блока автоматической регулировки усиления соединен с вторым входом первого регулируемого аттенюатора, второй выход блока автоматической регулировки усиления соединен с вторым входом второго регулируемого аттенюатора, блок однополосной модуляции, первый вход которого соединен с выходом генератора модулирующей частоты, второй вход блока однополосной модуляции соединен с выходом усилителя низкой частоты, первый и второй выходы блока однополосной модуляции соединены соответственно с вторым и третьим входами блока синхронных детекторов, приемная антенна, выход которой соединен с первым входом первого регулируемого аттенюатора. A radio sensor comprising a synchronization unit, a modulator, the first input of which is connected to the output of the synchronization unit, a modulating frequency generator, a transmitter generator, a transmitting antenna, a first mixer, a second mixer, a first adjustable attenuator connected in series, a band-pass filter, a pre-amplifier connected in series, and a second adjustable attenuator connected in series with an intermediate frequency amplifier, a block of synchronous detectors, characterized in that the second input of the modulator is connected with the output of the modulating frequency generator, the first input of the first mixer is connected to the output of the bandpass filter, the output of the first mixer is connected to the input of the pre-amplifier, the first input of the second mixer is connected to the output of the second adjustable attenuator, and the output is connected to the input of the intermediate frequency amplifier, the first directional coupler is additionally introduced the input of which is connected to the output of the transmitter generator, a phase modulator, the first input of which is connected to the first output of the first directional coupler I, the second input of the phase modulator is connected to the output of the modulator, and the output is connected to the input of the transmitting antenna, a local oscillator is connected in series, the second directional coupler, the second output of which is connected to the second input of the first mixer, the third mixer, the first input of which is connected to the second output of the first directional coupler , the second input of the mixer is connected to the first output of the second directional coupler, and the output is connected to the second input of the second mixer, a low-frequency amplifier, the input of which is connected to the output the house of the second mixer, the automatic gain control unit, the input of which is connected to the output of the low-frequency amplifier, the first output of the automatic gain control unit is connected to the second input of the first adjustable attenuator, the second output of the automatic gain control unit is connected to the second input of the second adjustable attenuator, single-band modulation unit, the first input of which is connected to the output of the modulating frequency generator, the second input of a single-band modulation unit is connected to the output of the low-frequency amplifier simplicity, the first and second outputs of the single sideband modulation unit are connected correspondingly with the second and third inputs of the block of synchronous detectors receiving antenna, the output of which is connected to a first input of the first variable attenuator.