система обнаружения и распознавания объектов, включающих элементы с нелинейными вольтамперными характеристиками

Формула изобретения

Система обнаружения и распознавания объектов, включающих элементы с нелинейными вольтамперными характеристиками (ВАХ), содержащая антенну, первый и второй полосовые фильтры, первый усилитель мощности, модулятор, синтезатор частоты, делитель мощности, усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные смеситель и фильтр промежуточной частоты, отличающийся тем, что антенна выполнена в виде передающей антенны и приемной антенны, и введены частотно-разделительное устройство, первый и второй усилители высокой частоты, первый, второй и третий аттенюаторы, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, первый, второй, третий и четвертый усилители, первый и второй фильтры, делитель частоты, блок формирования сигнала огибающей, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), регулятор громкости, усилитель мощности низкой частоты, фильтр низкой частоты (ФНЧ), направленный ответвитель, предварительный усилитель, второй усилитель мощности, фильтр зондирующего сигнала, блок обработки и управления, блок ввода-вывода информации, контроллер последовательного интерфейса и два канала обработки сигнала, каждый из которых содержит первый и второй фильтры низкой частоты (ФНЧ), первый и второй усилители и последовательно соединенные синхронный детектор и третий усилитель, выход которого через первый и второй ФНЧ подключен ко входам соответственно первого и второго усилителей каждого канала обработки сигнала, при этом выходы первых и вторых усилителей первого и второго каналов обработки сигнала подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому входам второго коммутатора, к управляющему входу которого подключен первый выход блока обработки и управления, а первый и второй выходы второго коммутатора подсоединены к первому и второму входам блока формирования сигнала огибающей и входам соответственно первого и второго АЦП, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока обработки и управления, второй выход которого подсоединен к управляющим входам первого и второго АЦП, а третий выход блока обработки и управления подсоединен к управляющему входу блока формирования сигнала огибающей, выход которого подключен к входу ЦАП, выход которого через ФНЧ подключен к входу регулятора громкости, к управляющему входу которого подключен пятый выход блока обработки и управления, четвертый выход которого подсоединен к управляющему входу ЦАП, а выход регулятора громкости подключен к входу усилителя мощности низкой частоты, выход которого является выходом для подключения головных телефонов (ТЛФ) системы, при этом приемная антенна соединена с входом частотно-разделительного устройства, первый выход которого через последовательно соединенные первый полосовой фильтр, первый усилитель высокой частоты и первый аттенюатор подключен к первому входу первого коммутатора, а второй выход частотно-разделительного устройства через последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй усилитель высокой частоты и второй аттенюатор подключен ко второму входу первого коммутатора, выход которого подключен к первому входу смесителя, к второму входу которого через четвертый усилитель подключен выход первого фильтра, при этом двенадцатый выход блока обработки и управления подсоединен к тактовому входу синтезатора частоты, выход которого подключен ко входам первого и второго усилителей, причем выход первого усилителя через делитель частоты подключен ко входам первого и второго фильтров, выход второго фильтра через третий усилитель подсоединен ко входу направленного ответвителя, первый и второй выходы которого подсоединены к первым входам синхронных детекторов первого и второго каналов обработки сигнала, а ко вторым входам синхронных детекторов первого и второго каналов обработки сигнала подключены соответственно первый и второй выходы делителя мощности, ко входу которого через усилитель промежуточной частоты подключен выход фильтра промежуточной частоты, а выход второго усилителя через предварительный усилитель подключен к первому входу модулятора, к второму входу которого подключен девятый выход блока обработки и управления, а выход модулятора через первый усилитель мощности подключен ко входу третьего коммутатора, к управляющему входу которого подключен восьмой выход блока обработки управления, при этом первый и второй выходы третьего коммутатора соответственно через второй усилитель мощности и непосредственно подключены к первому и второму входам четвертого коммутатора, выход которого через последовательно соединенные третий аттенюатор и фильтр зондирующего сигнала соединен с передающей антенной, причем к управляющим входам третьего аттенюатора и четвертого коммутатора подсоединены соответственно шестой и седьмой выходы блока обработки и управления, десятый и одиннадцатый выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго аттенюаторов и первого коммутатора, при этом группа входов-выходов блока ввода-вывода информации соединена соответственно с группой выходов-входов контроллера последовательного интерфейса, группа входов-выходов которого соединена соответственно с группой выходов-входов блока обработки и управления и является выходом для подключения к персональной электронной вычислительной машине системы, причем блок обработки и управления выполнен с возможностью формирования управляющих сигналов аналого-цифровых преобразователей, цифроаналогового преобразователя, блока формирования сигнала огибающей, регулятора громкости, коммутаторов, модулятора, с возможностью формирования тактового сигнала синтезатора частоты, с возможностью записи в контроллер последовательного интерфейса информации, требующей отображения на блоке ввода-вывода информации, с возможностью считывания информации, поступившей из блока ввода-вывода информации через контроллер последовательного интерфейса, а также с возможностью математической обработки цифровых кодов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обнаружения и распознания искусственных объектов с нелинейными характеристиками отражения радиолокационного сигнала.

Известно радиолокационное устройство для дистанционного обнаружения составных металлических объектов, описанное в патенте US N 4053891, опубликованное 10.11.77 класс G 01 S 9/02.

Данное устройство содержит генератор для выработки электромагнитных колебаний в одном диапазоне частот, антенну для передачи энергии этих колебаний в виде луча, ориентируемого на указанный объект, и приемник, обнаруживающий сигналы с нелинейными характеристиками объекта.

Недостатком известного устройства является низкая точность обнаружения объектов и невозможность распознавания обнаруженных объектов.

Известно радиолокационное устройство распознавания искусственных целей, описанное в патенте RU N 2079856, опубликованное 20.05.97 класс G 01 S 13/02. Данное устройство содержит генератор, усилитель, антенну, антенный переключатель, синхронизатор, модулятор, усилитель, гетеродин, M умножителей частоты, 2M смесителей, 2M фильтров, M усилителей промежуточной частоты, M амплитудных детекторов, M блоков деления, M блоков сравнения, датчик опорных напряжений, схему И, индикатор.

Недостатком известного устройства является низкая точность обнаружения объектов и невозможность распознавания обнаруженных объектов.

Задачей данного изобретения является повышение точности обнаружения и распознавания объектов, включающих элементы с нелинейными вольтамперными характеристиками (ВАХ), а также обеспечение работы устройства в непрерывном и импульсном режимах.

Поставленная задача решается тем, что система обнаружения и распознавания объектов, включающих элементы с нелинейными вольтамперными характеристиками (ВАХ), содержит антенну, первый и второй полосовые фильтры, первый усилитель мощности, модулятор, синтезатор частоты, делитель мощности, усилитель промежуточной частоты, последовательно соединенные смеситель и фильтр промежуточной частоты, антенна выполнена в виде передающей антенны и приемной антенны, а также частотно-разделительное устройство, первый и второй усилители высокой частоты, первый, второй и третий аттенюаторы, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, первый, второй, третий и четвертый усилители, первый и второй фильтры, делитель частоты, блок формирования сигнала огибающей, первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), регулятор громкости, усилитель мощности низкой частоты, фильтр низкой частоты (ФНЧ), направленный ответвитель, предварительный усилитель, второй усилитель мощности, фильтр зондирующего сигнала, блок обработки и управления, блок ввода- вывода информации, контроллер последовательного интерфейса и два канала обработки сигнала, каждый из которых содержит первый и второй фильтры низкой частоты (ФНЧ), первый и второй усилители и последовательно соединенные синхронный детектор и третий усилитель, выход которого через первый и второй ФНЧ подключен ко входам соответственно первого и второго усилителей каждого канала обработки сигнала, при этом выходы первых и вторых усилителей первого и второго каналов обработки сигнала подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому входам второго коммутатора, к управляющему входу которого подключен первый выход блока обработки и управления, а первый и второй выходы второго коммутатора подсоединены к первому и второму входам блока формирования сигнала огибающей и входам соответственно первого и второго АЦП, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока обработки и управления, второй выход которого подсоединен к управляющим входам первого и второго АЦП, а третий выход блока обработки и управления подсоединен к управляющему входу блока формирования сигнала огибающей, выход которого подключен к входу ЦАП, выход которого через ФНЧ подключен к входу регулятора громкости, к управляющему входу которого подключен пятый выход блока обработки и управления, четвертый выход которого подсоединен к управляющему входу ЦАП, а выход регулятора громкости подключен к входу усилителя мощности низкой частоты, выход которого является выходом для подключения головных телефонов (ТЛФ) системы, при этом приемная антенна соединена с входом частотно-разделительного устройства, первый выход которого через последовательно соединенные первый полосовой фильтр, первый усилитель высокой частоты и первый аттенюатор подключен к первому входу первого коммутатора, а второй выход частотно-разделительного устройства через последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй усилитель высокой частоты и второй аттенюатор подключен к второму входу первого коммутатора, выход которого подключен к первому входу смесителя, к второму входу которого через четвертый усилитель подключен выход первого фильтра, при этом двенадцатый выход блока обработки и управления подсоединен к тактовому входу синтезатора частоты, выход которого подключен ко входам первого и второго усилителей, причем выход первого усилителя через делитель частоты подключен ко входам первого и второго фильтров, выход второго фильтра через третий усилитель подсоединен ко входу направленного ответвителя, первый и второй выходы которого подсоединены к первым входам синхронных детекторов первого и второго каналов обработки сигнала, а к вторым входам синхронных детекторов первого и второго каналов обработки сигнала подключены соответственно первый и второй выходы делителя мощности, ко входу которого через усилитель промежуточной частоты подключен выход фильтра промежуточной частоты, а выход второго усилителя через предварительный усилитель подключен к первому входу модулятора, к второму входу которого подключен девятый выход блока обработки и управления, а выход модулятора через первый усилитель мощности подключен ко входу третьего коммутатора, к управляющему входу которого подключен восьмой выход блока обработки и управления, при этом первый и второй выходы третьего коммутатора соответственно через второй усилитель мощности и непосредственно подключены к первому и второму входам четвертого коммутатора, выход которого через последовательно соединенные третий аттенюатор и фильтр зондирующего сигнала соединен с передающей антенной, причем к управляющим входам третьего аттенюатора и четвертого коммутатора подсоединены соответственно шестой и седьмой выходы блока обработки и управления, десятый и одиннадцатый выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго аттенюаторов и первого коммутатора, при этом группа входов-выходов блока ввода-вывода информации соединена соответственно с группой выходов-входов контроллера последовательного интерфейса, группа входов-выходов которого соединена соответственно с группой выходов-входов блока обработки и управления и является выходом для подключения к персональной электронной вычислительной машине системы, причем блок обработки и управления выполнен с возможностью формирования управляющих сигналов аналого-цифровых преобразователей, цифро-аналогового преобразователя, блока формирования сигнала огибающей, регулятора громкости, коммутаторов, модулятора, с возможностью формирования тактового сигнала синтезатора частоты, с возможностью записи в контроллер последовательного интерфейса информации, требующей отображения на блоке ввода-вывода информации, с возможностью считывания информации, поступившей из блока ввода-вывода информации через контроллер последовательного интерфейса, а также с возможностью математической обработки цифровых кодов.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы обнаружения и распознавания объектов, включающих элементы с нелинейными вольтамперными характеристиками (ВАХ).

На фиг. 2 представлена структурная схема блока формирования сигнала огибающей.

Система содержит частотно-разделительное устройство 1, фильтр зондирующего сигнала 2, третий аттенюатор 3, четвертый коммутатор 4, второй усилитель мощности 5, третий коммутатор 6, первый и второй полосовые фильтры 7, 8, первый усилитель мощности 9, первый и второй усилители высокой частоты 10, 11, модулятор 12, первый и второй аттенюаторы 13, 14, предварительный усилитель 15, первый коммутатор 16, второй усилитель 17, смеситель 18, четвертый усилитель 19, первый фильтр 20, делитель частоты 21, первый усилитель 22, фильтр промежуточной частоты 23, второй фильтр 24, синтезатор частоты 25, усилитель промежуточной частоты 26, третий усилитель 27, блок обработки и управления 28, контроллер последовательного интерфейса 29, блок ввода-вывода информации 30, делитель мощности 31, фазосдвигающий узел 32, синхронный детектор первого канала обработки сигнала 33, синхронный детектор второго канала обработки сигнала 34, первый фильтр низкой частоты второго канала обработки сигнала 35, первый усилитель второго канала обработки сигнала 36, второй коммутатор 37, первый аналого-цифровой преобразователь 38, цифроаналоговый преобразователь 39, третий усилитель второго канала обработки сигнала 40, второй фильтр низкой частоты второго канала обработки сигнала 41, второй усилитель второго канала обработки сигнала 42, блок формирования сигнала огибающей 43, содержащий низкочастотные фазовращатели 43.1 и 43.2, аналоговый сумматор 43.3, фильтр низкой частоты 44, третий усилитель первого канала обработки сигнала 45, первый фильтр низкой частоты первого канала обработки сигнала 46, первый усилитель первого канала обработки сигнала 47, второй аналого-цифровой преобразователь 48, регулятор громкости 49, второй фильтр низкой частоты первого канала обработки сигнала 50, второй усилитель первого канала обработки сигнала 51, усилитель мощности низкой частоты 52, антенну 53, состоящую из передающей антенны 53.1 и приемной антенны 53.2.

Передающая антенна 53.1 излучает зондирующий сигнал высокой частоты. Данный сигнал может быть как немодулированный, так и импульсно-модулированным с изменяемой в широких пределах мощностью. Если в зоне облучения присутствует хотя бы один элемент с нелинейной ВАХ, то происходит частотное преобразование и переотражение гармоник зондирующего сигнала высокой частоты. Сигнал, отраженный от элемента с нелинейной ВАХ, принимается приемной антенной 53.2, приемная антенна соединена с входом частотно-разделительного устройства 1, причем на выходах данного устройства присутствуют сигналы на частотах 2 и 3 гармоник зондирующего сигнала, данные сигналы одновременно поступают на входы первого 7, настроенного на частоту второй гармоники, и второго 8, настроенного на частоту третьей гармоники, полосовых фильтров, и затем сигнал второй гармоники с выхода первого полосового фильтра 7 через последовательно соединенные первый усилитель высокой частоты 10 и первый аттенюатор 13 поступает на первый вход первого коммутатора 16, а сигнал третьей гармоники с выхода второго полосового фильтра 8 через последовательно соединенные второй усилитель высокой частоты 11 и второй аттенюатор 14 поступает на второй вход первого коммутатора 16, на управляющий вход которого поступает управляющий сигнал с одиннадцатого выхода блока обработки и управления 28, а на управляющие входы первого 13 и второго 14 аттенюаторов поступает управляющий сигнал с десятого выхода блока обработки и управления 28.

Сигнал второй либо третьей гармоник во временной последовательности, заданной блоком 28 обработки и управления поступает с выхода первого коммутатора 16 на первый (сигнальный) вход смесителя 18, на второй вход которого через четвертый усилитель 19 поступает опорный сигнал с частотой 2,5F с выхода первого фильтра 20. Сигнал гармоники (независимо от номера гармоники) преобразуется в смесителе 18 в сигнал промежуточной частоты, равной 0,5F. Тактовый сигнал с двенадцатого выхода блока обработки и управления 28 поступает на тактовый вход синтезатора частоты 25, сигнал с выхода которого поступает на входы первого 22 и второго усилителей 17, где усиливается, сигнал с выхода первого усилителя 22 поступает на вход делителя частоты 21, где происходит деление его частоты пополам, т.е. преобразование сигнала частотой F в сигнал с частотой 0,5F, сигнал с выхода делителя частоты 21 поступает на входы первого 20 и второго 24 фильтров, настроенных соответственно на частоты 1,5F и 0,5F, при этом сигнал с выхода второго фильтра 24 усиливается третьим усилителем 27 и поступает на вход направленного ответвителя 32. Сигнал промежуточной частоты с выхода смесителя 18 поступает на фильтр промежуточной частоты 23, затем усиливается усилителем промежуточной частоты 26 и поступает на делитель мощности 31. Сигналы с первого и второго выходов делителя мощности 31 и сигналы с первого и второго выходов направленного ответвителя 32 поступают на входы синхронных детекторов 33, 34 соответственно первого и второго каналов обработки сигнала, каждый из которых содержит первый 35, 46 и второй 41, 50 фильтры низкой частоты (ФНЧ), первый 36, 47 и второй 42, 51 усилители и последовательно соединенные синхронный детектор 33, 34 и третий усилитель 40, 45. На выходах синхронных детекторов 33, 34 появляется синфазная и квадратурная составляющие огибающей второй либо третьей гармоник сигнала, которые усиливаются третьими усилителями 40, 45. Сигнал с выхода третьего усилителя каждого из каналов обработки сигнала поступает через первый и второй ФНЧ своего канала обработки сигнала на входы соответственно первого и второго усилителей своего канала обработки сигнала, где дополнительно усиливаются. Сигналы с выходов первых и вторых усилителей первого и второго каналов обработки сигнала поступают на соответственно первый, второй, третий, четвертый входы второго коммутатора 37, на управляющий вход которого поступает управляющий сигнал с первого выхода блока обработки и управления 28. При узкополосном режиме работы, т.е. когда излучается немодулированный зондирующий сигнал, сигналы поступают через последовательно соединенные второй фильтр низкой частоты 41 и второй усилитель 42 первого канала обработки сигнала на второй вход второго коммутатора 37 и через последовательно соединенные второй фильтр низкой частоты 50 и второй усилитель 51 второго канала обработки сигнала на четвертый вход второго коммутатора 37, а затем с первого и второго выходов второго коммутатора 37 поступают на первый и второй входы блока формирования сигнала огибающей 43, где происходит их сложение, при этом на управляющий вход блока формирования сигнала огибающей 43 поступает управляющий сигнал с третьего выхода блока обработки и управления 28. Восстановленный сигнал с выхода блока формирования сигнала огибающей 43 поступает на вход (опорный) ЦАП 39, на управляющий вход которого поступает управляющий сигнал с четвертого выхода блока обработки и управления (28). С выхода ЦАП 39 переменный сигнал звуковой частоты через фильтр низкой частоты 44, регулятор громкости 49 и усилитель мощности низкой частоты 52 поступает на выход для подключения головных телефонов, при этом на управляющий вход регулятора громкости 49 поступает управляющий сигнал с пятого выхода блока обработки и управления 28. Первый и второй АЦП 38, 48 в этом режиме не работают. При широкополосном режиме работы, т.е. когда излучается модулированный зондирующий сигнал, сигналы (квадратурные составляющие) поступают через последовательно соединенные первый фильтр низкой частоты 35 и первый усилитель 36 первого канала обработки сигнала на первый вход второго коммутатора и через последовательно соединенные первый фильтр низкой частоты 46 и первый усилитель 47 второго канала обработки сигнала на третий вход второго коммутатора 37, а затем с первого и второго выходов второго коммутатора 37 поступают на входы первого и второго АЦП 38, 48, на управляющие входы которых поступает управляющий сигнал со второго выхода блока обработки и управления 28. После аналого-цифрового преобразования цифровые коды с выходов первого и второго АЦП 38, 48 поступают соответственно на первый и второй входы блока обработки и управления 28, причем блок обработки и управления 28 выполнен с возможностью формирования управляющих сигналов аналого-цифровых преобразователей 38, 48, цифроаналогового преобразователя 39, блока формирования сигнала огибающей 39, регулятора громкости 49, коммутаторов 16, 37, 4, 6, модулятора 12, с возможностью формирования тактового сигнала синтезатора частоты 25, с возможностью записи в контроллер последовательного интерфейса 29 информации, требующей отображения на блоке ввода-вывода информации 30, с возможностью считывания информации, поступившей из блока ввода-вывода информации 30 через контроллер последовательного интерфейса 29, а также с возможностью математической обработки цифровых кодов.

Сигнал с выхода второго усилителя 17 через предварительный усилитель 15 поступает на первый вход модулятора 12, на второй вход которого поступает сигнал с девятого выхода блока обработки и управления 28, сигнал с выхода модулятора 12 через первый усилитель мощности 9 поступает на вход третьего коммутатора 6, на управляющий вход которого поступает сигнал с восьмого выхода блока обработки и управления 28, при этом с первого и второго выходов третьего коммутатора 6 соответственно через второй усилитель мощности 5 и непосредственно поступают сигналы на первый и второй входы четвертого коммутатора 4, с выхода которого сигнал через последовательно соединенные третий аттенюатор 3 и фильтр зондирующего сигнала 2 поступает на передающую антенну 53.1, причем на управляющие входы третьего аттенюатора 3 и четвертого коммутатора 4 поступают управляющие сигналы соответственно с шестого и седьмого выходов блока обработки и управления 28, причем данный блок обменивается сигналами с контроллером последовательного интерфейса 29, который также обменивается сигналами с блоком ввода-вывода информации 30, а блок обработки и управления 28 имеет выход для подключения к персональной электронной вычислительной машине (ПЭВМ) системы.

Блок обработки и управления реализован на микроконтроллере типа AT 89S 8252-24 AI ATMEL, US.

Контроллер последовательного интерфейса реализован на микроконтроллере типа AT 89C 2051-24 SI ATMEL, US.

Фильтр зондирующего сигнала выполнен на фильтре высокой частоты.