АКУСТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Российский патент 1994 года по МПК G01S7/16 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обработки сигналов РЛС импульсно-доплеровского типа.

В известном устройстве обработки сигналов приемной антенной решетки осуществляется параллельный обзор пространства по угловой координате в заданном секторе обзора.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности проведения доплеровского спектрального анализа для получения информации о скорости целей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее в каждом синфазном и квадратурном канале регистр на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-регистр) последовательно-параллельной архитектуры, N ПЗС-регистров последовательной архитектуры, а также включающее спектроанализатор и синхронизатор, причем в каждом синфазном и квадратурном канале вход ПЗС-регистра является входом канала и устройства, выходы ПЗС-регистра соединены с входами ПЗС-регистров, выходы которых соединены с выходом канала и соответствующим входом спектроанализатора, а управляющие входы ПЗС-регистров соединены с соответствующими выходами синхронизатора, при этом синхронизирующий вход спектроанализатора подключен к соответствующему выходу синхронизатора, вход которого является общим синхронизирующим входом устройства, а выход спектроанализатора является выходом устройства.

Однако данное устройство имеет низкую разрешающую способность по дальности и невысокую скорость обработки, что связано с ограниченной частотой (10-15 МГц) записи и считывания регистров соответственно.

Целью изобретения является увеличение скорости обработки и повышение разрешающей способности по дальности.

Поставленная цель достигается тем, что в акустоэлектронном устройстве обработки сигналов содержащем синхронизатор и спектроанализатор, синхронизирующий вход которого соединен с соответствующим выходом синхронизатора, вход которого является синхронизирующим входом устройства, а выход спектроанализатора - выходом устройства, и два канала - синфазный и квадратурный, каждый из которых содержит N ПЗС-регистров, где N - число зондирующих импульсов в когерентной импульсной последовательности (КИП) импульсно-доплеровской РЛС, причем сигнальные входы ПЗС-регистров соединены с входом соответствующего канала и устройства, а управляющие входы ПЗС-регистров соединены с соответствующими выходами синхронизатора, в каждый канал дополнительно введены два мультиплексора, два перемножителя и сумматор, причем в каждом канале l-е входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам l-го и (N-l+1)-го ПЗС-регистров соответственно, где l = 1,2,...,N, выход первого мультиплексора подключен к первому входу первого перемножителя, выход второго мультиплексора - к второму входу первого перемножителя и первому входу второго перемножителя, управляющие входы мультиплексоров соединены с соответствующими выходами синхронизатора, выходы первого и второго перемножителей подключены к входам сумматора, выход которого является выходом соответствующего канала и подключен к соответствующему входу спектроанализатора, при этом выход первого мультиплексора синфазного канала соединен с вторым входом второго перемножителя квадратурного канала, а выход первого мультиплексора квадратурного канала соединен с вторым входом второго перемножителя синфазного канала.

На чертеже дана структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит в каждом синфазном ( I) и квадратурном (Q) каналах N ПЗС-регистров 1 последовательной архитектуры, первый 2 и второй 3 мультиплексоры, первый 4 и второй 5 перемножители, и сумматор 6, причем входы ПЗС-регистров 1 объединены и соединены с входом соответствующего канала и устройства, l-е входы (l = 1,2,...) мультиплексоров 2 и 3 подключены к выходам l-го и (N-l+1)-го ПЗС-pегистров 1 соответственно, выход мультиплексора 2 подключен к первому входу перемножителя 4, а выход мультиплексора 3 - к второму входу перемножителя 4 и первому входу перемножителя 5, выходы перемножителей 4 и 5 подключены к входам сумматора 6, выход которого является выходом соответствующего канала. При этом выход мультиплексора 2 синфазного и квадратурного каналов соединен с вторым входом перемножителя 5 квадратурного и синфазного каналов соответственно.

Кроме того, в устройство входят спектроанализатор 7 и синхронизатор 8, причем управляющие входы ПЗС-регистров 1 и мультиплексоров 2 и 3 в каждом канале соединены с соответствующими выходами синхронизатора 8, вход которого является синхронизирующим входом устройства, выходы сумматоров 6 соединены с входами спектроанализатора 7, синхронизирующий вход которого соединен с соответствующим выходом синхронизатора 8, а выход спектроанализатора 7 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

По внешнему синхроимпульсу РЛС запускается синхронизатор 8, который выполнен на основе цифровых микросхем средней степени интеграции серий К1533, К530 и аналоговых формирователей фазовых напряжений для ПЗС К1119 ПУ2. При этом на управляющих выходах синхронизатора формируются сигналы, управляющие работой ПЗС-регистров 1 в режиме записи. Режим записи состоит из N циклов, во время каждого из которых производится запись поступающей в устройство информации в соответствующую пару ПЗС-регистров 1 в синфазном и квадратурном каналах. ПЗС-регистры выполнены на микросхемах К528БРЗ. Число циклов записи определяется числом импульсов КИП с линейно-ступенчатой частотной модуляцией (ЧМ), которая используется в РЛС. Частота записи определяется полосой зондирующего импульса КИП и определяет "грубую" разрешающую способность по дальности. При n-м цикле записи на управляющие входы X_n соответствующих ПЗС-регистров 1 подаются тактовые последовательности, по которым в эти регистры производится запись эхо-сигналов, последовательно поступающих с полосы обзора по дальности. Тактирование длится М тактов (по числу "грубых" дискретов дальности) и затем после временной задержки, равной периоду повторения зондирующих импульсов КИП, повторяется для (n+1)-й пары регистров. По окончании N циклов записи ПЗС-регистры 1 оказываются полностью заполненными.

Режим считывания состоит из М циклов, в каждом из которых из ПЗС-регистров 1 в обоих каналах выводится информация для одного из "грубых" дискретов дальности. В первой фазе цикла с синхронизатора 8 на управляющие входы Y_I-Y_N быстродействующих аналоговых мультиплексоров 2 и 3 поступает кодовая последовательность, по которой происходит считывание информации, хранящейся в нижних разрядах ПЗС-регистров 1. Аналоговые мультиплексоры выполнены на микросхемах К 590 КН8. Во второй фазе цикла считывания информация в ПЗС-регистрах сдвигается вниз на один такт. Далее цикл считывания повторяется.

При считывании информации через мультиплексоры 2 ПЗС-регистры опрашиваются в порядке заполнения (заполненный первым - считывается первым), а при считывании через мультиплексоры 3 порядок опроса ПЗС-регистров меняется на противоположный. Это позволяет при предварительной обработке считанной из регистров 1 информации с помощью перемножителей 4 и 5 и сумматоров 6 устранить квадратичный фазовый набег, с тем чтобы сузить спектр входного сигнала спектроанализатора 7 и повысить разрешающую способность устройства по доплеровской частоте и дальности. На его синхронизирующий вход одновременно с началом очередного цикла считывания ПЗС-регистров 1 поступает синхросигнал, по которому запускается ЛЧМ-генератор. На выходе спектроанализатора 7 по временному положению сжатых в фильтре на поверхностных акустических волнах (ПАВ) импульсов определяют скорость и "тонкую" дальность цели. По окончании М-го цикла считывания информации из ПЗС-регистров работа устройства приостанавливается до прихода следующего внешнего синхроимпульса РЛС.

Особенности обработки информации в предлагаемом устройстве заключаются в следующем.

Пусть в пространстве находится отражающая цель, которая облучается КИП с линейно-ступенчатой ЧМ
U(t) =P(t-nT_τ) cos[2Π(f_o+nΔf)t], (1) где P =
Т_р - длительность импульсов;
n - номер импульса;
N - общее число импульсов в КИП;
T_τ - период повторения импульсов;
f_o - начальная несущая частота;
Δ f - величина ступенчатого изменения несущей частоты от импульса к импульсу.

Эхо-сигнал, пропорциональный
U [α(t-τ)], где α = 1 + ,V - радиальная скорость цели;
τ = - задержка на дальность R до цели, после переноса на видеочастоту и разделения на синфазную и квадратурную составляющие в приемопреобразующих модулях РЛС поступает на соответствующие входы устройства обработки.

Синфазная и квадратурная составляющие сигнала на входе n-х ПЗС-регистров 1 имеют вид

-αf₀τ], (2) где f_d = f_о - доплеровская частота;
с - скорость света. Обозначив а = 2 π(α-1)ΔfT_τ,b=2π(f_dT_τ-αΔfτ) , c = - 2 πf_oτα, выражение (2) можно записать следующим образом
= P/α (t-nT_τ-τ) [an²+bn+c]. (3) Для устранения в выражении (3) квадратичного фазового набега по n c помощью перемножителей 4 и 5 и сумматоров 6 реализуются следующие операции
cos (n²a + nb + c) cos [(-n)²a + (-n)b + c] +
+ sin (n²a + nb + c) sin [(-n)²a + (-n)b + c] =
= cos2nb,
sin (n²a + nb + c) cos [(-n)²a + (-n)b + c] -
- cos (n²a + nb + c) sin [(-n)²a + (-n)b + c] =
= sin 2nb. Замена n на (-n) достигается изменением порядка считывания ПЗС-регистров. Синфазная и квадратурная составляющие сигнала на входах спектроанализатора 7 имеют вид:
= P(t-n -τ) [2nb], (4) где Т_б - длительность видеоимпульсов в сигнале на выходе ПЗС-регистров;
ε - коэффициент временной компрессии, равный отношению частот считывания и записи ПЗС-регистров, а спектр входного сигнала спектроанализатора
F(f) . (5) Выходной сигнал спектроанализатора пропорционален F(f); следовательно, ширина главного максимума F(f) определяет разрешающую способность устройства по доплеровской частоте ^δfd ⁼ и дальности ("тонкая" дальность) δR = , где ΔF=Δf N - ширина полосы КИП с линейно-ступенчатой ЧМ.

Таким образом, при обработке широкополосных КИП с линейно-ступенчатой ЧМ, имеющих полосу ≈ 100 МГц и более, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение разрешающей способности по доплеровской частоте в 2 раза и по дальности более чем в 10 раз. Кроме того, поскольку быстродействие современных аналоговых мультиплексоров, например, выполненных на микросхемах К590КН8 (время включения 3 нс), составляет свыше 150 МГц, что более чем в 10 раз превышает быстродействие современных ПЗС-регистров, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет увеличить скорость обработки соответственно более чем в 10 раз.

Изобретение относится к радиолокации. Цель изобретения - увеличение скорости обработки и повышение разрешающей способности по дальности. Устройство содержит в каждом синфазном и квадратурном каналах ПЗС-регистры 1, мультиплексоры 2 и 3, перемножители 4 и 5 и сумматор 6. Кроме того, в состав устройства входят спектроанализатор 7 на ПАВ и синхронизатор 8. В ПЗС-регистрах 1, совмещающих функции АЦП и ЗУ, запоминается поступающая на вход устройства информация. За счет быстрого считывания через мультиплексоры 2 и 3 запомненной в ПЗС-регистрах информации обеспечивается согласование характеристик исследуемого сигнала с параметрами спектроанализатора 7 на ПАВ. С помощью перемножителей 4 и 5 и сумматора 6 устраняется квадратичный фазовый набег в сигналах, поступающих на вход спектроанализатора 7. На выходе спектроанализатора 7 по временному положению сжатых импульсов определяют скорость и дальность цели. 1 ил.

АКУСТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ, содержащее синхронизатор и спектроанализатор, синхронизирующий вход которого соединен с соответствующим выходом синхронизатора, вход которого является синхронизирующим входом устройства, а выход спектроанализатора - выходом устройства, и два канала, синфазный и квадратурный, каждый из которых содержит N регистров на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-регистры), причем сигнальные входы ПЭС-регистров соединены с входом соответствующего канала и устройства, а управляющие входы ПЗС-регистров соединены с соответствующими выходами синхронизатора, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости обработки и повышения разрешающей способности по дальности, в каждый канал дополнительно введены два мультиплексора, два перемножителя и сумматор, причем в каждом канале l-е входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам l-го и (N - l + 1)-го ПЗС-регистров соответственно, где l = 1,2, .. . , N, выход первого мультиплексора подключен к первому входу первого перемножителя, выход второго мультиплексора - к второму входу первого перемножителя и первому входу второго перемножителя, управляющие входы мультиплексоров соединены с соответствующими выходами синхронизатора, выходы первого и второго перемножителей подключены к входам сумматора, выход которого является выходом соответствующего канала и подключен к соответствующему входу спектроанализатора, при этом выход первого мультиплексора синфазного канала соединен с вторым входом второго перемножителя квадратурного канала, а выход первого мультиплескора квадратурного канала - с вторым входом второго перемножителя синфазного сигнала.