Устройство нелинейной радиолокации

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Мальцев Сергей Васильевич Басалай Роман Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Устройство нелинейной радиолокации, включающее передающую антенну, соединенную с передатчиком, который соединен с выходом источника сигналов и с выходом задающего генератора, приемные антенны, соединенные с приемниками, которые соединены с двумя другими выходами задающего генератора, цифровую шину данных, к которой подключены вход источника сигналов, двунаправленный выход цифрового сигнального процессора, двунаправленный выход задающего генератора, вход дисплея и выход органов управления, отличающееся тем, что источником сигналов является генератор шумоподобного сигнала, приемники связаны с цифровой шиной данных через блок обработки,а другой выход блока обработки соединен с одним из входов задающего генератора через быстродействующий анализатор спектра и блок выбора максимума, соединенные последовательно. 36162007.06.30 Устройство относится к области радиолокационной техники определения местоположения или обнаружения объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн и может быть применено для обнаружения и идентификации объектов, содержащих нелинейные электрические контакты типа металл-металл, полупроводник-металл либо полупроводник-полупроводник (в том числе скрытого оружия, электронных устройств несанкционированного съема информации, независимо от того, находятся они во включенном либо выключенном состоянии). Известно устройство нелинейной радиолокации 1, которое позволяет обнаруживать объекты, содержащие нелинейные электрические контакты. Данное устройство содержит в своем составе антенну, передатчик гармонического зондирующего сигнала, приемник 2 й и 3-й гармоник переизлученного нелинейным объектом сигнала и микропроцессор. Недостатком данного устройства является то, что в качестве зондирующего сигнала используется узкополосный сигнал, излучаемый в пространство на фиксированной частоте, что ограничивает поисковые возможности системы и возможность дифференциации вида объекта по отраженному сигналу. Нелинейный объект в большинстве случаев имеет различную величину эффективной поверхности рассеяния на различных частотах, сложным образом зависящую от конструкции нелинейного объекта. Поэтому не представляется возможным заранее определить, на какой частоте необходимо производить исследование объекта для получения максимальной дальности обнаружения объекта. Наиболее близким по технической сущности является устройство нелинейной радиолокации 2, включающее по меньшей мере два источника сигналов, генерирующих первый сигнал 1 и второй сигнал 2 соответственно. Оба источника сигналов соединены с шиной данных и управляются задающим генератором. Сгенерированные сигналы 1 и 2 направляются к схеме передачи/объединения сигналов. Схема передачи/объединения сигналов затем направляет сигналы со своего выхода к паре антенн - высокочастотной направленной антенной решетке и низкочастотной всенаправленной антенной решетке. Антенны излучают сигнал в открытое пространство для поиска цели, имеющей нелинейные электрические контакты. Когда эти зондирующие сигналы взаимодействуют с целью,имеющей нелинейные электрические контакты, цель излучает обратно сигналы на частотах, которые являются точными кратными гармониками зондирующего сигнала. Высокочастотная направленная антенная решетка принимает сигналы, переизлученные целью, и направляет их в схему приема/объединения сигналов. Схема приема/объединения сигналов передает принятые сигналы в приемник/демодулятор, который также соединен с шиной данных. Задающий генератор управляет работой схемы передачи/объединения сигналов и схемы приема/объединения сигналов. Цифровой сигнальный процессор, соединенный с шиной данных, обрабатывает демодулированные принятые сигналы. Результаты обработки из цифрового сигнального процессора направляются на дисплей. Недостатком этого устройства является то, что в качестве зондирующих сигналов используются узкополосные сигналы. Такая техническая реализация ограничивает поисковые возможности системы обнаружения и идентификации объектов, содержащих нелинейные электрические контакты. Применение большого количества источников узкополосных(гармонических) сигналов для увеличения разрешающей способности радиолокатора по частоте приведет к существенному усложнению конструкции устройства и увеличению излучаемой мощности. К томуже достижение достаточно высокой разрешающей способности по частоте (возможной при применении широкополосных сигналов) таким методом просто невозможно технически. Задачей полезной модели является повышение надежности дифференциации объектов по виду спектра отраженного сигнала и увеличение дальности действия устройства нелинейной радиолокации за счет потенциально большей чувствительности приемного тракта,принимающего и обрабатывающего шумоподобный сигнал, и дополнительным цепям адаптации. 2 36162007.06.30 Поставленная задача решается за счет того, что устройство нелинейной радиолокации,включающее передающую антенну, соединенную с передатчиком, который соединен с выходом источника сигналов и с выходом задающего генератора, приемные антенны, соединенные с приемниками, которые соединены с двумя другими выходами задающего генератора, цифровую шину данных, к которой подключены вход источника сигналов,двунаправленный выход цифрового сигнального процессора, двунаправленный выход задающего генератора, вход дисплея и выход органов управления, в отличие от прототипа,в качестве источника сигналов содержит генератор шумоподобного сигнала, приемники связаны с цифровой шиной данных через блок обработки, а другой выход блока обработки соединен с одним из входов задающего генератора через быстродействующий анализатор спектра и блок выбора максимума, соединенные последовательно. Повышение надежности дифференциации объектов по отраженному сигналу достигается за счет применения широкополосного зондирующего сигнала. При облучении нелинейного объекта таким сигналом нелинейный объект переизлучает широкополосный сигнал, содержащий информацию об эффективной поверхности рассеяния объекта на различных частотах, которая может быть использована затем для, например, сравнения с эталонными откликами объектов различного вида. Дополнительно устройство нелинейной радиолокации содержит цепи адаптации - быстродействующий анализатор спектра, который вычисляет спектр принятого сигнала, и блок выбора максимума, который вырабатывает сигнал, изменяющий частоту зондирующего сигнала таким образом, что центральная частота переизлученного сигнала находится на частоте максимального отклика цели, содержащей нелинейные электрические контакты. При этом становится возможным более эффективно исследовать цель в области ее характерных частот. Увеличение дальности действия устройства нелинейной радиолокации возможно ввиду использования шумоподобных сигналов, которые дают значительный выигрыш при их обработке в отношении сигнал/шум по сравнению с узкополосными сигналами, а также благодаря перестройке центральной частоты зондирующего сигнала в область максимального отклика цели цепями адаптации (быстродействующий анализатор спектра и блок выбора максимума). Таким образом, становится возможным использование широкополосного сигнала с мощностью, сравнимой с мощностью узкополосного зондирующего сигнала в традиционных радиолокационных системах, для достижения большей дальности обнаружения цели. С другой стороны, при одинаковой дальности обнаружения цели в предлагаемом устройстве нелинейной радиолокации можно использовать сигнал меньшей мощности, что положительно скажется на безопасности работы с прибором для оператора и скрытности. На чертеже представлена структурная блок-схема заявляемого устройства. Устройство нелинейной радиолокации содержит передающую антенну 1, соединенную с выходом передатчика 2, первый вход которого подключен к выходу генератора ШПС (шумоподобного сигнала) 3, а второй вход соединен с одним из выходов шины 4,которая соединена с выходом задающего генератора ЗГ 5. Два других выхода шины 4 подключены ко вторым входам приемников 6 и 7, к первым входам которых подключены приемные антенны 8 и 9 соответственно. Выходы приемников 6 и 7 соединены с первым и вторым входами блока обработки 10. Двунаправленный выход блока обработки 10, вход генератора ШПС 3, двунаправленный выход цифрового сигнального процессора ЦСП 11,двунаправленный выход задающего генератора ЗГ 5, вход дисплея 12 и выход органов управления 13 подключены к цифровой шине данных 14. Другой выход блока обработки 10 соединен с одним из входов задающего генератора ЗГ 5 через быстродействующий анализатор спектра БАС 15 и блок выбора максимума БВМ 16, соединенные последовательно. Устройство нелинейной радиолокации работает следующим образом. Генератор ШПС(шумоподобного сигнала) 3 формирует псевдослучайную последовательность (ПСП), вы 3 36162007.06.30 бор которой осуществляется цифровым сигнальным процессором ЦСП 11. Псевдослучайная последовательность с выхода генератора ШПС 3 поступает на один из входов передатчика 2 и модулирует несущую частоту 0, поступающую в передатчик 2 по шине 4 с выхода задающего генератора ЗГ 5. Передатчик 2 также выполняет функцию усиления промодулированного сигнала на центральной частоте 0 и его фильтрацию с целью ограничения спектра. Сигнал с выхода передатчика 2 поступает в передающую антенну 1, которая излучает широкополосный зондирующий сигнал в пространство. Широкополосный зондирующий сигнал на центральной частоте 0 распространяется в пространстве и взаимодействует с целью 15, которая имеет нелинейные электрические контакты. Цель 15 переизлучает в пространство сигналы, центральные частоты которых являются кратными гармониками частоты 0. Приемные антенны 8 и 9 служат для приема переизлученных целью 15 сигналов на центральных частотах 20 и 30 соответственно. Сигналы с антенн 8 и 9 поступают в приемники 6 и 7, в которых осуществляется фильтрация принятых сигналов полосовыми фильтрами с центральными частотами 20 и 30 соответственно, их последующее усиление и перенос их спектра на видеочастоту. Для переноса спектров принятых сигналов на видеочастоту в приемниках 6 и 7 используются опорные сигналы с частотами 20 и 30 соответственно, формируемые задающим генератором ЗГ 5 и поступающие на входы приемников 6 и 7 по шине 4. Сигналы с выходов приемников 6 и 7 поступают на вход блока обработки 10, где осуществляется аналого-цифровое преобразование сигналов. Цифровой сигнал с выхода блока обработки 10 поступает на цифровую шину данных 13 и в цифровой сигнальный процессор ЦСП 11 для дальнейшей обработки. Цифровой сигнальный процессор ЦСП 11 осуществляет поиск псевдослучайной последовательности во входных данных и последующую обработку сигнала с целью обнаружения и дифференциации вида цели 15 (объекты, содержащие полупроводниковые либо металлические контакты). Результат обработки сигнала в цифровом сигнальном процессоре ЦСП 11 по цифровой шине данных 14 поступает на вход дисплея 12 для отображения режимов работы локатора, уровней гармоник принятых сигналов, информации об обнаружении и виде цели и т.д. С целью получения дополнительной информации для идентификации цели и повышения дальности действия устройства нелинейной радиолокации сигнал с выхода блока обработки 10 поступает на вход быстродействующего анализатора спектра БАС 15, в котором происходит вычисление спектра мощности принятого сигнала. Сигнал с выхода быстродействующего анализатора спектра БАС 15 поступает на вход блока выбора максимума БВМ 16. Блок выбора максимума БВМ 16 определяет положение гармоник с максимальной мощностью в спектре принятого сигнала и вырабатывает управляющий сигнал для задающего генератора ЗГ 5 с целью перестройки центральной частоты зондирующего сигнала на частоту максимального отклика цели 17. Сигнал подстройки с выхода блока выбора максимума БВМ 16 поступает на вход подстройки задающего генератора ЗГ 5. Для управления работой устройства нелинейной радиолокации имеются органы управления 13, сигналы с которых по цифровой шине данных 14 поступают на цифровой сигнальный процессор ЦСП 11 и управляют работой устройства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4