способ измерения изменения скорости движения цели по дальности и устройства для его реализации

Формула изобретения

1. Способ измерения изменения скорости движения цели по дальности, заключающийся в формировании интервала времени между моментами возникновения и обнаружения на радиолокационной станции (РЛС) измерения изменения скорости движения цели по дальности сигналов частотой 3Fдо и Fдо=2Vofн/C,

где fн - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону (НЛЧМ сигнал), выбираемая из условия До/Vo=fн/Fм fд;

fд - девиация частоты НЛЧМ сигнала;

Fм - частота модуляции НЛЧМ сигнала;

Vo - минимально возможная величина радиальной скорости цели;

До - выбираемое базовое расстояние;

С - скорость света,

отличающийся тем, что на РЛС формируют три интервала времени:

- t₁ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₁ от (До/Vo)(Vi+NVo)- ×(Д/Vo)(Vi+NVo) до (Дo/Vo)(Vi+NVo)+ ×(Дo/Vo)(Vi+NVo),

где N - положительное число;

- коэффициент, определяющий длину известных интервалов S₁=S₃ расстояния;

Vi - скорость цели;

- t2 - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₂ от

(Дo/Vo)(Vi+NVo)- ×(Д/Vo)(Vi+NVo)

до (Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+ ×(Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo];

- t₃ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₃ от

(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]- ×(Д/Vo)[Vi+(N+4)Vo]

до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+ ×(Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo]

и вычисляют выражение

V₁-V₃=(4До/t₂)×[(1-t ₁/t₃)],

где V₁ и V₃ - скорости пролета целью соответственно интервалов расстояния S₁=S₃, определяющее величину изменения скорости движения цели по дальности.

2. Устройство измерения изменения скорости движения цели по дальности, содержащее приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, через фильтр разностных частот, к входу обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот, отличающееся тем, что выход обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот подключен к входу регистра сдвига и входам первого и третьего элементов И, первый выход регистра сдвига подключен к входу второго элемента И и третьему входу третьего элемента И, второй выход регистра сдвига подключен к третьему входу первого элемента И и через элемент задержки к входам сброса регистра сдвига и первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выход генератора счетных импульсов подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов И, выходы первого, второго и третьего элементов И подключены к входам счета соответственно первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первой схемы умножения, выходы второго счетчика импульсов подключены к входам второй схемы умножения и второй схемы деления, выходы третьего счетчика импульсов подключены к вторым входам второй схемы умножения, выходы которой подключены к вторым входам первой схемы деления, первые входы которой подключены к выходам первой схемы умножения, а выходы через схему вычитания к выходным шинам, вторые входы первой схемы умножения и второй схемы деления подключены к шине постоянного цифрового числа, а выходы второй схемы деления подключены к вторым входам схемы вычитания.

3. Устройство измерения изменения скорости движения цели по дальности, содержащее приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесители, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, через фильтр разностных частот, к входу обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот, отличающееся тем, что выход обнаружителя сигнала узкополосного спектра частот подключен к входу регистра сдвига и входам первого третьего элементов И, первый выход регистра сдвига подключен к входу второго элемента И и третьему входу третьего элемента И, второй выход регистра сдвига подключен к третьему входу первого элемента И и через элемент задержки к входам сброса регистра сдвига и первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выход генератора счетных импульсов подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов И, выходы первого, второго и третьего элементов И подключены к входам счета соответственно первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первой схемы умножения, выходы второго счетчика импульсов подключены к входам второй схемы умножения и второй схемы деления, выходы третьего счетчика импульсов подключены к вторым входам второй схемы умножения, выходы которой подключены к вторым входам первой схемы деления, первые входы которой подключены к выходам первой схемы умножения, а выходы через схему вычитания к выходным шинам, вторые входы первой схемы умножения и второй схемы деления подключены к шине постоянного цифрового числа, а выходы второй схемы деления подключены к вторым входам схемы вычитания.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы при создании измерителей скорости движения цели.

Известна РЛС измерения начальной скорости снаряда (РЛС) [патент 2367975, RU, G01S 13/58], содержащая приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход, через фильтр разностных частот, обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот, измеритель интервала времени и вычислитель начальной скорости снаряда - к выходной шине.

Данную РЛС можно использовать при создании измерителя изменения скорости движения цели по дальности, если на ее низкочастотный (НЧ) смеситель подавать два опорных сигнала и измерить и вычислить:

скорость цели V¹ ₁=4До/t¹ ₁, при пролете целью интервала расстояния

от (До/Vo)(Vi+NVo) до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo];

скорость цели V¹ ₂=4До/t¹ ₂, при пролете целью интервала расстояния

от (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo] до (До/Vo)[Vi+(N+8)Vo],

изменение скорости цели на интервале расстояния 8До

V¹ ₁-V¹ ₂=4До/(t¹ ₁-t¹ ₂), где

Vo и До - соответственно минимально возможная величина скорости цели и базовое расстояние, выбираемое из условия До/Vo=fн/Fмfд,

fн, fд, Fм - соответственно средняя частота, девиация частоты и частота модуляции НЛЧМ сигнала,

Vi - скорость цели; N - положительное число.

Целью изобретения является сокращение времени определения изменения скорости движения цели по дальности.

Поставленная цель достигается за счет определения изменения скорости движения цели по дальности на интервале расстояния в 4До, а не в 8До - как раньше.

Измерение изменения скорости движения цели по дальности осуществляют посредством формирования интервала времени между моментами возникновения и обнаружения на радиолокационной станции (РЛС) измерения изменения скорости движения цели по дальности сигналов частотой

3Fдо и Fдо=2Vоfн/С,

где fн - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону (НЛЧМ сигнал), выбираемая из условия

До/Vo=fн/Fмfд;

где fд - девиация частоты НЛЧМ сигнала;

Fм - частота модуляции НЛЧМ сигнала;

Vo - минимально возможная величина радиальной скорости цели;

До - выбираемое базовое расстояние;

С - скорость света,

причем на РЛС формируют три интервала времени:

- t₁ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₁

от (До/Vo)(Vi+NVo)- ×(Д/Vo)(Vi+NVo) до (До/Vo)(Vi+NVo)+ ×(До/Vo)(Vi+NVo),

где N - положительное число;

- коэффициент, определяющий длину известных интервалов S₁=S₃ расстояния;

Vi - скорость цели;

- t₂ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S₂ от

(До/Vo)(Vi+NVo)- ×(Д/Vo)(Vi+NVo)

до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+ ×(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo];

- t₃ - в течение которого цель пролетает интервал расстояния S ₃ от

(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]- ×(Д/Vo)[Vi+(N+4)Vo]

до (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]+ ×(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]

и вычисляют выражение

V₁-V₃=(4Дo/t₂)×[(1-t ₁/t₃)],

где V₁ и V ₃ - скорости пролета целью соответственно интервалов расстояния S₁=S₃, определяющее величину изменения скорости движения цели по дальности.

Устройство измерения изменения скорости движения цели по дальности (фиг.1) содержит: приемно-передающую антенну 2, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика 1 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему или возрастающему законам (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя 3, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика НЛЧМ сигнала, а выход, через фильтр 4 разностных частот, к входу обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот, выход которого подключен к входу регистра 7 сдвига и входам первого и третьего элементов И 9 и 11, первый выход регистра 7 сдвига подключен к входу второго элемента И 10 и третьему входу третьего элемента И 11, второй выход регистра 7 сдвига подключен к третьему входу первого элемента И 9 и через элемент 8 задержки к входам сброса регистра 7 сдвига и первого, второго и третьего счетчиков 12, 13, 14 импульсов, выход генератора 6 счетных импульсов подключен к вторым входам первого, второго и третьего элементов И 9, 10, 11, выходы первого, второго и третьего элементов И 9, 10, 11 подключены к входам счета соответственно первого, второго и третьего счетчиков 12, 13, 14 импульсов, выходы первого счетчика 12 импульсов подключены к входам первой схемы 15 умножения, выходы второго счетчика 13 импульсов подключены к входам второй схемы 16 умножения и второй схемы 18 деления, выходы третьего счетчика 14 импульсов подключены к вторым входам второй схемы 16 умножения, выходы которой подключены к вторым входам первой схемы 17 деления, первые входы которой подключены к выходам первой схемы 15 умножения, а выходы через схему 19 вычитания к выходным шинам 21, вторые входы первой схемы 15 умножения и второй схемы 18 деления подключены к шине постоянного цифрового числа 20, а выходы второй схемы 18 деления подключены к вторым входам схемы 19 вычитания.

Рассмотрим, в том числе на примерах, работу устройства измерения изменения скорости движения цели по дальности (фиг.1).

Пусть РЛС в пространство излучает и принимает отраженные от неподвижных объектов и перемещающейся цели со скоростью, например, V₂₀₀₀=2000 м/с НЛЧМ сигнал с, например, параметрами:

fн=100 ГГц, Fм=50 КГц и fд=50 МГц - соответственно средняя частота, частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, выбранными при базовом расстоянии Do=6 м и минимально возможной скорости цели Vo=150 м/с,

а также при опорном сигнале частотой 21Fдо=21(2Vofн)/C=2100 КГц, поступающем на низкочастотный (НЧ) смеситель РЛС.

В результате смешивания в смесителе 3 отраженного и излученного сигналов на его выходе будут формироваться разностные сигналы частотой:

Fp_193,97=[(2Д_193,97)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀ fн/С)=1899,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д_193,97=193,97 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)(Vi+NVo)-S₁/2, где N=19 и, например, S₁=6 см;

Fp_194,03 =[(2Д_194,03)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀fд/С)=1900,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д _194,03=194,03 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)(Vi+NVo)+S₁/2;

Fp _217,97=[(2Д_217,97)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀ fн/С)=2299,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д_217,97=217,97 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]-S₂/2 и, например, S₂=6 см;

Fp_218,03 =[(2Д_218,03)Fмfд/С]-(2V₂₀₀₀fн/С)=2300,5 КГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д _218,03=218,03 м от антенны РЛС, в момент пролета целью точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]+S₁/2.

Очевидно, что если 4До намного больше S₁ и S₂ , то цель интервал расстояния

Д_218,03 -Д_193,97=(218,03-193,97)м=24,06 м=4До

пролетит со средней скоростью Vcp=4До/t₂, где t ₂ интервал времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов с частотами Fp_193,97 и Рр_218,03 и между моментами смены потенциалов на первом и втором выходах регистра 7 сдвига.

Пусть скорость цели по дальности изменяется, например убывает линейно.

Тогда цель интервал S₁ пространства, находящийся на расстоянии от антенны РЛС {(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]+(До/Vo)(Vi+NVo)}/2=(До/Vo)[Vi+(N+2)Vo)]=206 м, пролетит со скоростью Vcp=V₁=4Доt₂. При этом на выходе обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот будет сформирован импульс длительностью t₁=L/V ₁=Lt₂/4До (при, например, L=60 см - длине цели, значительно большей интервала S₁=6 см).

Очевидно, что через 2До=12 м цель длиной L и скоростью V ₃ пролетит интервал S₂=S₁ пространства за время длительности импульса t_3, сформированного на выходе обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот. При этом скорость цели будет равна

V₃ =L/t₃=4До×t₁/t₂×t ₃.

Тогда разность скоростей движения цели между точками пространства, отстоящими от антенны РЛС на 206 м и 230 м, можно будет вычислить по формуле

V ₁-V₃=(4До/t₂)[(1-t₁/t ₃)].

За время длительности импульса, соответствующего по длительности интервалу времени t₁, на выходе счетчика 14 импульсов будет сформировано цифровое число, соответствующее величине t₁, так как на вход счетчика 14 импульсов, через элемент И11, в течение времени t₁, будут поступать счетные импульсы с генератора 6 счетных импульсов.

За время, соответствующее по длительности интервалу времени t ₂, на выходе счетчика 13 импульсов будет сформировано цифровое число, соответствующее величине t₃, так как на вход счетчика 13 импульсов, через элемент И10, в течение времени t ₂, будут поступать счетные импульсы с генератора 6 счетных импульсов.

За время длительности импульса, соответствующего по длительности интервалу времени t₃, на выходе счетчика 12 импульсов будет сформировано цифровое число, соответствующее величине t₃, так как на вход счетчика 12 импульсов, через элемент И9, в течение времени t₃, будут поступать счетные импульсы с генератора 6 счетных импульсов.

Схема, образованная двумя схемами 15 и 16 умножения, двумя схемами 17 и 18 деления и схемой 19 вычитания, представляет собой вычислитель выражения:

V₁-V₃=(4До/t ₂)×[(1-t₁/t₃)]

при подаче на нее цифровых чисел с выходов счетчиков импульсов, а на вторые входы схемы 15 умножения и схемы 18 деления с шин 20 - постоянного цифрового числа, соответствующего интервалу расстояния 4До.

Так, например, при вышепринятых параметрах НЛЧМ сигнала и значениях других величин, допустим, получим, через интервал времени t₂=0,012 с на выходе обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот импульсы длительностью t₁=0,0003 с и t₃=0,000300225 с. Тогда изменение скорости цели по дальности определится величиной:

V₁-V₃=(4До/t₂)×[(1-t ₁/t₃)]=(4×6 м/0,012 с)×[(1-0,0003с/0,000300225 с)]=1,5 м/с, что возможно только при принятых выше

L=4До×t₁/t₂=60 см и V₁=Vcp=4До/t ₂=2000 м/с.

Следует отметить, что установку счетчиков 12, 13 и 14 импульсов и регистра 7 сдвига в исходное состояние осуществляют задержанным элементом 8 задержки потенциалом, снимаемым с второго выхода регистра 7 сдвига.