ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

5 Область техники

Изобретение относится к импульсной радиолокационной технике (в том чис- ле сверхширокополосной), преимущественно ближнего радиуса действия (до не- скольких десятков метров), и может быть использовано для снижения уровня фа- зового шума на выходе фазового детектора подобных систем.

ю Предшествующий уровень техники

Обычно, в радиолокационных системах для обеспечения когерентности ис- пользуются колебания непрерывного генератора, сигнал которого напрямую ис- пользуется для формирования импульсов генератора передатчика и опорного ге- нератора приемника, см., например, Бакулев П.А. Радиолокационные системы.

15 Учебник для вузов. Москва. Издательство «Радиотехника», 2004, с.170-172. Дан- ный способ оправдан для дорогих систем, работающих, в том числе, на большие дальности, т. к. для его реализации используются дорогие сверхвысокочастотные (СВЧ) ключи, а непрерывный характер работы СВЧ генератора приводит к высо- кому энергопотреблению системы. Для недорогих радиолокационных систем

20 ближнего действия на первый план выходят требования дешевизны, простоты, малого энергопотребления.

Из исследованного уровня техники известен импульсный сверхширокополос- ный датчик по патенту RU 2369323, предназначенный для измерения частоты ды- хания и сердечных сокращений. Датчик содержит блок управления, выполненный

25 с возможностью формирования временной задержки импульса синхронизации, тракт формирования зондирующего сигнала, передающую и приемную антенны, тракт передатчика зондирующего сигнала, выход которого соединен с передаю- щей антенной, тракт приемника отраженного сигнала, вход которого соединен с приемной антенной, и первый электронный переключатель. Вход первого элек- зо тронного переключателя соединен с выходом тракта формирования зондирующе- го сигнала, а его выходы - с входом тракта передатчика зондирующего сигнала и с трактом приемника отраженного сигнала. Выходы каналов обработки отраженного сигнала, входящих в состав тракта приемника отраженного сигнала, подключены к тракту вычисления частот дыхания и сердечных сокращений. В состав тракта вы-

35 числения частот входят два фильтра частот, два сумматора, два блока вычисле- ния амплитуды сигнала, два блока вычисления энергии сигнала, два интегратора, два компаратора, два блока перемножения сигналов, два блока формирования опорного сигнала, второй и третий электронные переключатели. Недостатком данного устройства является то, что длительность опорного импульса всегда рав- 5 на длительности зондирующего импульса, вследствие чего опорный импульс все- гда будет зависим от зондирующего импульса, что ставит в зависимость границы зоны чувствительности устройства по дальности от занимаемой полосы частот и разрешающей способности устройства, что сильно ограничивает функциональные возможности устройства, уменьшая точность, достоверность и дальность измере- ю ний.

Известно устройство для дистанционного бесконтактного мониторинга па- раметров жизнедеятельности человека по патенту RU 2462990, содержащее из- мерительный модуль с блоком обработки сигнала и родительский блок, причем измерительный модуль выполнен в виде передающего канала и двух независи-

15 мых приемных каналов, приемные антенны которых, пространственно разнесен- ные относительно друг друга, связаны соответственно с последовательно соеди- ненными фазовым детектором, полосовым фильтром и усилителем, выходы кото- рых подключены соответственно к входам аналого-цифрового преобразователя, передающий канал реализован в виде последовательно соединенных формиро-

20 вателя коротких импульсов, СВЧ-генератора зондирующих сигналов и передаю- щей антенны, а вторые входы фазовых детекторов первого и второго приемных каналов связаны соответственно через направленные ответвители с выходами СВЧ-генератора зондирующих сигналов передающего канала, кроме того, блок обработки сигнала выполнен на микроконтроллере, входы и выходы которого под-

25 ключены соответственно к выходу аналого-цифрового преобразователя и входу формирователя коротких импульсов, как и шинами связи соответственно с входа- ми-выходами первого радиотрансивера, первой энергонезависимой памятью и системой контроля заряда, причем выход первого радиотрансивера соединен с приемопередающей антенной первого радиотрансивера, а соответствующие вхо- зо ды-выходы системы контроля заряда связаны соответственно с перезаряжаемым аккумулятором и портом USB, в свою очередь родительский блок, реализован на втором радиотрансивере, входы-выходы которого подключены соответственно к приемопередающей антенне второго радиотрансивера, второй энергонезависи- мой памяти, дисплею на органических светодиодах, кнопкам, зуммеру, вибратору

35 и стабилизатору с малым падением напряжения, соответствующий вход которого соединен с электрической батареей. Недостатком данного устройства также явля- ется зависимость границы зоны чувствительности устройства по дальности от за- нимаемой полосы частот и разрешающей способности устройства, что сильно ог- раничивает функциональные возможности устройства, уменьшая точность, досто- верность и дальность измерений.

Указанные недостатки устранены в известном по патенту RU 2533683 устрой- стве дистанционного бесконтактного мониторинга параметров жизнедеятельности живого организма, которое содержит по меньшей мере, один измерительный блок, по меньшей мере, один блок управления и обработки информации и, по меньшей мере, один блок интерфейса, при этом измерительный блок соединен с блоком управления и обработки информации, а блок управления и обработки информа- ции соединен с блоком интерфейса, причем измерительный блок содержит, по меньшей мере, один радиопередающий модуль, и, по меньшей мере, один радио- приемный модуль, а блок управления и обработки информации выполнен с воз- можностью формирования управляющих импульсов для каждого из радиопере- дающего и радиоприемного модулей произвольно задержанных друг относитель- но друга по времени, согласно изобретению, каждый из радиопередающих моду- лей и/или каждый из радиоприемных модулей, входящих в состав измерительного блока, выполнен независимым один от другого, а блок управления и обработки информации дополнительно выполнен с возможностью формирования управ- ляющих импульсов для каждого из радиопередающего и радиоприемного моду- лей, произвольной друг относительно друга длительности.

Данное устройство характеризуется тем, что каждый радиопередающий мо- дуль содержит последовательно соединенные СВЧ-генератор зондирующих им- пульсов, усилитель и передающую антенну, а каждый из радиоприемных модулей содержит СВЧ-генератор опорных импульсов, при этом каждый из радиоприемных модулей содержит последовательно соединенные приемную антенну, малошу- мящий усилитель, фазовый детектор, полосовой фильтр и усилитель, при этом второй вход фазового детектора соединен с выходом СВЧ-генератора опорных импульсов.

Данное устройство, принятое в качестве прототипа, обеспечивает повышение точности и достоверности измерений при одновременном увеличении дальности действия и уменьшении вероятности обнаружения посторонних ложных объектов, за счет того, что наличие СВЧ-генератора зондирующих импульсов в радиопере- дающем модуле и СВЧ-генератора опорных импульсов в радиоприемном модуле обеспечивает независимость указанных модулей друг относительно друга, что, например, позволяет сформировать короткий зондирующий сигнал с полосой час- тот шире 500 МГц, соответствующий нормам сверхширокополосных сигналов (UWB), и при этом одновременно сформировать задержанный длинный опорный сигнал для обеспечения требуемой зоны действия устройства по дальности.

Недостатком данного устройства является наличие фазового шума, что сни- жает отношение сигнал/шум в приемном тракте устройства и, как следствие, ухудшает характеристики обнаружения и измерения лоцируемых устройством объектов.

Задачей заявляемого изобретения является уменьшения фазового шума, улучшение отношения сигнал/шум в приемнике и улучшение характеристик обна- ружения и измерения лоцируемых объектов.

Раскрытие изобретения

Способ обнаружения и измерения объектов ближнего радиуса действия с помощью импульсной радиолокационной системы, заключающийся в том, что формируют радиосигнал с СВЧ-генератора зондирующих импульсов радиопередающего модуля, и излучают его передающей антенной в пространство в сторону наблюдаемого объекта, после чего принимают отраженный от наблюдаемого объекта радиосигнал приемной антенной радиоприемного модуля и подают на вход фазового детектора, на опорный вход которого подают сигнал СВЧ-генератора опорных импульсов, после чего спектр этого сигнала выделяют и подают на блок управления и обработки информации с целью выявления состояний наблюдаемого объекта, отличающийся тем, что формируют дополнительный референсный СВЧ-сигнал, который подают на СВЧ- генератор зондирующих импульсов и СВЧ-генератор опорных импульсов и осуществляют привязку фаз сигналов СВЧ-генератора зондирующих импульсов и СВЧ-генератора опорных импульсов к фазе референсного СВЧ-сигнала.

Импульсная радиолокационная система для реализации вышеописанного способа, содержащая формирователь коротких импульсов, радиопередающий модуль, включающий последовательно соединенные СВЧ-генератор зондирую- щих импульсов и передающую антенну, и радиоприемный модуль, включающий последовательно соединенные приемную антенну и фазовый детектор приемного радиосигнала, а также СВЧ-генератор опорных импульсов, при этом один их вы- ходов формирователя коротких импульсов соединен со входом СВЧ-генератора зондирующих импульсов, а другой - со входом СВЧ-генератора опорных импуль- сов, выход которого соединен со входом фазового детектора приемного радио- сигнала, выход которого связан с блоком управления и обработки информации, отличающаяся тем, что она снабжена генератором и делителем референсного СВЧ-сигнала, при этом вход генератора референсного СВЧ-сигнала соединен с

5 выходом формирователя коротких импульсов, а его выход - со входом делителя референсного СВЧ-сигнала, выходы которого соединены со входом СВЧ- генератора зондирующих импульсов радиопередающего модуля и со входом СВЧ-генератора опорных импульсов.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достиже- ю ние технического результата, который заключается в том, что подача СВЧ сигнала с референсного генератора на СВЧ-генератор зондирующих импульсов и СВЧ- генератор опорных импульсов привязывает фазы сигналов СВЧ-генератора зон- дирующих импульсов и фазы сигналов СВЧ-генератора опорных импульсов к фа- зе референсного СВЧ-сигнала, что, в конечном счете, приводит к значительному

15 уменьшению «дрожания» фаз обоих генераторов и, как следствие, уменьшению фазового шума на выходе фазового детектора, что приводит к улучшению харак- теристик обнаружения и измерения лоцируемых объектов.

Лучший вариант использования изобретения

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на кото-

20 ром на фиг. 1 представлена блок-схема заявленной импульсной радиолокацион- ной системы, на фиг.2 - сравнение графиков шума на выходе фазового детектора системы при отключенном (верхний график) и включенном (нижний график) гене- раторе референсного СВЧ-сигнала, на фиг.З - «дрожание» фазы сигнала на вы- ходе СВЧ-генератора зондирующих импульсов и СВЧ-генератора опорных им-

25 пульсов при отсутствии референсного СВЧ-сигнала, на фиг.4 - то же при наличии референсного СВЧ-сигнала.

Импульсная радиолокационная система содержит формирователь коротких импульсов 1 , радиопередающий модуль, включающий последовательно соеди- ненные СВЧ-генератор зондирующих импульсов 2 и передающую антенну 3, и зо радиоприемный модуль, включающий последовательно соединенные приемную антенну 4 и фазовый детектор приемного радиосигнала 5, а также СВЧ-генератор опорных импульсов 6. Один их выходов формирователя коротких импульсов 1 со- единен со входом СВЧ-генератора зондирующих импульсов 2, а другой - со вхо- дом СВЧ-генератора опорных импульсов 6, выход которого соединен со входом

35 фазового детектора приемного радиосигнала 5, выход которого связан с блоком управления и обработки информации (на чертеже условно не показан). Система снабжена генератором референсного СВЧ-сигнала 7 и делителем референсного СВЧ-сигнала 8, при этом вход генератора референсного СВЧ-сигнала 7 соединен с выходом формирователя коротких импульсов 1 , а его выход - со входом дели-

5 теля референсного СВЧ-сигнала 8, выходы которого соединены со входом СВЧ- генератора зондирующих импульсов 2 радиопередающего модуля и со входом СВЧ-генератора опорных импульсов 6.

Импульсная радиолокационная система работает следующим образом.

Референсный СВЧ-сигнал с генератора 7 подают на вход СВЧ-генератора

10 зондирующих импульсов 2 радиопередающего модуля и на вход СВЧ-генератора опорных импульсов 6. В результате этого осуществляется связь между генерато- рами 2 и 6, которая способствует привязке фазы сигналов этих генераторов к фа- зе референсного СВЧ-сигнала генератора 7. Тем самым значительно уменьшает- ся «дрожание» фазы сигналов генераторов 2 и 6, как следствие, уменьшается фа-

15 зовый шум на выходе фазового детектора приемного радиосигнала 5, соеди- ненного с входом блока управления и обработки информации, что, в конечном счете, приводит к улучшению характеристик обнаружения и измерения лоцируе- мых объектов.

Эффективность заявленного способа была экспериментально проверена пу- 20 тем исследования сигнала на выходе генераторов 2 и 6 и фазового детектора приемного радиосигнала 5 при отсутствии референсного СВЧ-сигнала с генерато- ра 7 и при его наличии. При отсутствии референсного СВЧ-сигнала с генератора 7 в сигналах на выходе генераторов 2 и 6 был отмечен высокий уровень «дрожа- ния» фаз сигналов (Фиг. 3), а на выходе фазового детектора 5 высокий уровень 25 шума (Фиг. 2, верхний график). При наличии референсного СВЧ-сигнала с генера- тора 7 «дрожание» фаз на выходе генераторов 2 и 6 заметно снижается (Фиг. 4), в результате чего снижается шум на выходе фазового детектора 5 (Фиг. 2, нижний график). зо

35