МНОГОКАНАЛЬНОЕ КОРРЕЛЯЦИОННО-ФИЛЬТРОВОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2003 года по МПК G01S13/52 G01S13/526 H04B1/10 

Изобретение относится к радиоприемной технике обработки импульсно-доплеровских сигналов и может быть использовано в радиолокационных системах с пачечным зондирующим сигналом с большим числом частот повторения импульсов, сменяемых от пачки к пачке.

Известно многоканальное устройство корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов импульсно-доплеровской радиолокационной станции (РЛС), содержащее в каждом канале последовательно включенные каскад стробирования по дальности и набор полосовых фильтров с примыкающими полосами в интервале доплеровских частот, вход которого подключен к выходу источника принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС [1]. В нем осуществляется стробирование входного сигнала по времени и фильтрация в каждом стробе по доплеровской частоте.

Это устройство реализуется как в аналоговом [2], так и в цифровом [3] виде с предварительным оцифрением принимаемого сигнала с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). При этом в аналоговой реализации [2] основное подавление спектральных линий пассивных помех производится с помощью однополосного аналогового фильтра, включенного на выходе каждого каскада стробирования перед набором полосовых фильтров, а в цифровой реализации [3] стробирование, подавление спектральных линий пассивных помех и доплеровская фильтрация принимаемых сигналов производятся целиком в цифровом виде.

Недостатком аналоговой реализации [2] известного устройства является недостаточная помехозащищенность, так как при изменении частоты повторения импульсов спектральные линии пассивных помех (кроме центральной) попадут в полосу пропускания однополосного фильтра и не будут им подавляться. Другим недостатком является трудность реализации однополосного фильтра в системах с большим числом импульсов в пачке, требующим высокой прямоугольности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) однополосного фильтра, при этом возникает большая длительность переходных процессов на его выходе на фронтах пачки импульсов пассивных помех.

Недостатком цифровой реализации [3] известного устройства является ограниченный динамический диапазон быстродействующих АЦП, необходимых для бесквадратурного оцифрения принимаемого сигнала на промежуточных частотах, составляющий d=6r дБ, где r - число разрядов АЦП. Поэтому даже при r=12 динамический диапазон АЦП d=72 дБ, что явно недостаточно, так как динамический диапазон помех от местных предметов может достигать 100 дБ и более.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задачей изобретения является повышение помехозащищенности многоканального корреляционно-фильтрового приемного устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что на входе известного многоканального устройства корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС, содержащего в каждом канале последовательно включенные каскад стробирования по дальности и набор полосовых фильтров с примыкающими полосами в интервале доплеровских частот, реализованные в аналоговом или цифровом виде, согласно изобретению включен компенсатор спектральных линий помехи, содержащий в прямом канале последовательно включенные алгебраический сумматор, широкополосный фильтр, модулятор и первый усилитель, а в компенсирующем канале - последовательно включенные гетеродинно-перестраиваемый узкополосный гребенчатый фильтр, второй усилитель и фазовращатель, а также включены многоканальный синтезатор перестраиваемой эквидистантной сетки гетеродинных частот и генератор весовой функции, при этом каждый канал гетеродинно-перестраиваемого узкополосного гребенчатого фильтра содержит последовательно включенные первый аналоговый перемножитель, узкополосный фильтр и второй аналоговый перемножитель, первые входы первых аналоговых перемножителей соединены вместе и с первым входом алгебраического сумматора, являющимся входом устройства, подключенного к выходу источника принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС, выходы вторых аналоговых перемножителей соединены вместе и со входом второго усилителя, а выход фазовращателя - с вторым входом алгебраического сумматора, вторые входы первого и второго аналоговых перемножителей каждого канала гетеродинно-перестраиваемого узкополосного гребенчатого фильтра соединены вместе и с соответствующим выходом многоканального синтезатора перестраиваемой эквидистантной сетки частот, выход генератора весовой функции соединен с вторым входом модулятора, а выход первого усилителя - со входом многоканального устройства корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС.

Такой компенсатор спектральных линий помехи подавляет спектральные линии пассивных помех как в полосе пропускания широкополосного фильтра, квазисогласованного по полосе пропускания с длительностью импульсов, так и в его полосе задержания, но сохраняет неизменными спектральные линии доплеровских сигналов в полосе пропускания широкополосного фильтра. Кроме того, за счет последующей гладкой весовой обработки в модуляторе остатков подавления импульсов пассивных помех осуществляется сглаживание переходного процесса компенсатора и их усиление в первом усилителе до уровня импульсов максимального полезного сигнала, что исключает подавление полезного сигнала помехой и перегрузку устройства корреляционно-фильтровой обработки РЛС как при аналоговой, так особенно и при цифровой его реализации (за счет жесткого ограничения сигналов в АЦП).

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - функциональная схема многоканального корреляционно-фильтрового приемного устройства, фиг.2 и 3 - соответственно временные и спектральные характеристики, поясняющие работу устройства.

Многоканальное корреляционно-фильтровое приемное устройство (фиг.1) содержит последовательно включенные алгебраический сумматор 1, широкополосный фильтр 2, модулятор 3, первый усилитель 4 и многоканальное устройство корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС (УОС) 5, последовательно включенные n-канальный гетеродинно-перестраиваемый узкополосный гребенчатый фильтр (УПГФ) 6, второй усилитель 7 и фазовращатель 8, а также содержит n-канальный синтезатор перестраиваемой эквидистантной сетки гетеродинных частот (ССГЧ) 9 и генератор весовой функции 10. УПГФ 6 включает в себя нечетное количество n идентичных каналов, каждый из которых содержит первый аналоговый перемножитель 11, узкополосный фильтр 12 и второй аналоговый перемножитель 13. УОС 5 (аналоговое или цифровое с предварительным оцифрением сигнала) состоит из N идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно включенные каскад стробирования по дальности (аналоговый или цифровой), однополосный фильтр подавления пассивных помех (аналоговый или цифровой) и набор из М узкополосных фильтров с примыкающими полосами (аналоговых или цифровых).

Первые входы первых аналоговых перемножителей 11 всех n каналов УПГФ 6 объединены и подключены к первому входу алгебраического сумматора 1, являющемуся входом устройства, и к источнику принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС; выходы вторых аналоговых перемножителей 13 всех n каналов УПГФ 6 также объединены и подключены к входу второго усилителя 7, а выход фазовращателя 8 соединен со вторым входом алгебраического сумматора 1. Вторые входы первого 11 и второго 13 аналоговых перемножителей каждого из n каналов УПГФ 6 объединены и подключены к соответствующим выходам многоканального ССГЧ 9, а выход генератора весовой функции 10 соединен со вторым входом модулятора 3. Если на первом и втором входах алгебраического сумматора 1 колебания принимаемого и компенсирующего сигналов противофазны, то он должен выполнять функцию суммирования сигналов, в противном случае - функцию вычитания сигналов.

В качестве многоканального ССГЧ 9 использован известный синтезатор частот, содержащий формирователи исходных частот, смесители, коммутаторы и генераторы, в котором использована матрица суммирующих смесителей, подключенная к выходам разрядов синтезаторов частот, содержащих попарно соединенные суммирующий и вычитающий смесители, вторые входы которых непосредственно и через коммутаторы подключены к двум источникам вспомогательных сигналов [4].

Многоканальное корреляционно-фильтровое приемное устройство работает следующим образом. На его вход поступает аддитивная смесь (сумма) радиоимпульсов пассивной помехи и доплеровских сигналов, в общем случае совпадающих по времени, имеющих длительность τ и период повторения T=1/F с частотой заполнения радиоимпульсов помехи f_пч и радиоимпульсов доплеровского сигнала f_пч+F_д, где f_пч - промежуточная частота тракта, F_д - доплеровский сдвиг частоты сигнала от движущегося объекта. При этом амплитуда импульсов помехи существенно превышает амплитуду импульсов сигнала, их сумма приводит к модуляции суммарного колебания (фиг.2а) и по времени они неразличимы. Однако их спектры (фиг.3а) различимы за счет доплеровского сдвига спектра радиоимпульсов сигнала (спектр 2) относительно неподвижного спектра радиоимпульсов помехи (спектр 1).

УПГФ 6 выделяет n спектральных линий помехи в полосе пропускания 1/τ=qF, где q= T/τ, и на скатах АЧХ широкополосного фильтра 2 и не пропускает спектральные линии сигнала за счет узкополосности фильтров 12 (фиг.1). Поэтому при сложении колебаний на выходе УПГФ 6 образуются только компенсирующие радиоимпульсы помехи (фиг. 2б), которые в противофазе поступают на второй вход алгебраического сумматора 1 и вычитаются из входной смеси, компенсируя большие радиоимпульсы помехи и сохраняя неизменными радиоимпульсы сигнала (фиг. 2в). Остальные боковые спектральные линии помехи подавляются широкополосным фильтром 2 в его полосе задержания ПqF, где П - коэфициент прямоугольности АЧХ широкополосного фильтра 2 (фиг.3в). При этом уровень центральной (линия 1) и смежных спектральных линий помехи может быть сделан ниже максимального уровня сигнала (линия 2) в зависимости от степени компенсации помехи в алгебраическом сумматоре 1, регулируемой усилением второго усилителя 7 и подстройкой фазовращателя 8 (фиг.1), что упрощает выделение доплеровского сигнала при спектральном анализе в УОС 5 в диапазоне доплеровских частот, не превышающем F.

За счет необходимой узкополосности фильтров 12 в каналах УПГФ 6 при включении пачки импульсов смеси возникает переходный процесс установления амлитуды компенсирующих импульсов на втором входе алгебраического сумматора 1 (фиг.2б) и соответственно переходный процесс установления амплитуды скомпенсированных остатков на его выходе (фиг.2в) Для исключения влияния переходных процессов служит модулятор 3, управляемый генератором весовой функции 10, например функции Хэмминга, задержанной относительно начала пачки на время переходного процесса Т_пп (на фиг.2г Т_пп=20Т). За счет непрямоугольности весовой функции это время может быть уменьшено до тех пор, пока уровень остатков переходного процесса на выходе модулятора 3 остается ниже установившихся остатков в центре весовой функции. При этом время обработки полезного сигнала соответственно увеличивается (фиг. 2д, е), а соотношение уровней спектральных линий помехи (1) и сигнала (2) существенно не меняется (фиг.3г, д, е). После модулятора 3 уровень остатков увеличивается на величину подавления смеси в компенсаторе помехи с помощью первого усилителя 4, что тем самым повышает динамический диапазон устройства в целом в то же число раз.

При смене частоты повторения импульсов F боковые спектральные линии помехи меняют свои места относительно частоты f_пч, а центральная линия остается неподвижной. При этом настройка каналов УПГФ 6 также должна синхронно и эквидистантно изменяться с частотой F. Для этого каналы УПГФ 6 сделаны гетеродинно-перестраиваемыми (в виде возвратного гетеродинирования входного сигнала в каждом из n каналов) с помощью аналоговых перемножителей 11, 13 соотвественно на входе и выходе узкополосных фильтров 12. Для этого на гетеродинные (вторые) входы аналоговых перемножителей 11, 13 каждого канала УПГФ 6 подаются соответствующие гетеродинные напряжения с выходов ССГЧ 9 с частотами f_г±kF, где k=0, 1, 2,...(n-1)/2, f_г=f_пч-f_ф, а f_ф- центральная частота узкополосного фильтра 12, удобная для его построения. При этом возможные комбинационные частоты входных аналоговых перемножителей 11 каждого канала УПГФ 6 подавляются узкополосными фильтрами 12 данного канала, а комбинационные частоты всех выходных аналоговых перемножителей 13 УПГФ 6 подавляются широкополосным фильтром 2.

Необходимое число каналов n УПГФ 6 определяется из следующих соображений. Так как полоса пропускания широкополосного фильтра 2, квазисогласованная с длительностью импульса, составляет qF, то его полоса задержания будет ПqF. Поэтому необходимое число каналов n=ПqF/F-1=Пq-1, так как на границах полосы задержания широкополосного фильтра 2 спектральные линии помехи подавляются фильтром, а не компенсатором. Это соотношение позволяет выбирать либо число каналов n при заданных П и q, либо коэфициент прямоугольности широкополосного фильтра 2 П(n+1)/q при заданных n и q.

Очевидно, что включение предлагаемого компенсатора помех на входе многоканального устройства корреляционно-фильтровой обработки доплеровских сигналов (УОС) 5 импульсно-доплеровской РЛС позволяет существенно повысить помехозащищенность приемного тракта, повысить его динамический диапазон по помехе и снизить требования к характеристикам однополосного фильтра.

Источники информации
1. Д. Бартон. Радиолокационные системы. М., Воениздат МО, 1967, стр.242 и 243, рис.7.10.

2. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, Нью-Йорк, 1970, Пер. с англ. (в четырех томах) / Под общей ред. К.Н. Трофимова, Том 3. Радиолокационные устройства и системы. / Под ред. А.С. Виницкого. - М., Сов. радио, 1978, стр.369, рис.6.

3. П. А. Бакулев, В.М. Степин. Методы и устройства селекции движущихся целей. М., Радио и связь, 1986, стр.140 и 141, рис.5.20.

4. СССР 321910, МПК Н 03 В 21/02, 1971.

Изобретение относится к радиоприемной технике обработки импульсно-доплеровских сигналов и может быть использовано в радиолокационных системах с пачечным зондирующим сигналом с большим числом частот повторения импульсов, сменяемых от пачки к пачке. Многоканальное корреляционно-фильтровое приемное устройство содержит последовательно включенные компенсатор спектральных линий помехи и многоканальное устройство корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов импульсно-доплеровской радиолокационной станции (РЛС), а также многоканальный синтезатор перестраиваемой эквидистантной сетки гетеродинных частот и генератор весовой функции. Компенсатор спектральных линий помехи содержит в прямом канале последовательно включенные алгебраический сумматор, широкополосный фильтр, модулятор и первый усилитель, а в компенсирующем канале - последовательно включенные многоканальный гетеродинно-перестраиваемый узкополосный гребенчатый фильтр, второй усилитель и фазовращатель. Каждый канал многоканального гетеродинно-перестраиваемого узкополосного гребенчатого фильтра содержит последовательно включенные первый аналоговый перемножитель, узкополосный фильтр и второй аналоговый перемножитель. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение помехозащищенности приемного тракта, повышение его динамического диапазона по помехе и снижение требования к характеристикам однополосного фильтра. 3 ил.

Многоканальное корреляционно-фильтровое приемное устройство, включающее в себя многоканальное устройство корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов импульсно-доплеровской радиолокационной станции (РЛС), содержащее в каждом канале последовательно включенные каскад стробирования по дальности и набор полосовых фильтров с примыкающими полосами в интервале доплеровских частот, отличающееся тем, что на входе многоканального устройства корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов включен компенсатор спектральных линий помехи, содержащий в прямом канале последовательно включенные алгебраический сумматор, широкополосный фильтр, модулятор и первый усилитель, а в компенсирующем канале - последовательно включенные гетеродинно-перестраиваемый узкополосный гребенчатый фильтр, второй усилитель и фазовращатель, а также включены многоканальный синтезатор перестраиваемой эквидистантной сетки гетеродинных частот и генератор весовой функции, при этом первый вход алгебраического сумматора является входом устройства и соединен с выходом источника принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС, а выход первого усилителя - с входом многоканального устройства корреляционно-фильтровой обработки принимаемых сигналов импульсно-доплеровской РЛС, каждый канал многоканального гетеродинно-перестраиваемого узкополосного гребенчатого фильтра содержит последовательно включенные первый аналоговый перемножитель, узкополосный фильтр и второй аналоговый перемножитель, причем первые входы первых аналоговых перемножителей всех каналов объединены и соединены с первым входом алгебраического сумматора, выходы вторых аналоговых перемножителей всех каналов объединены и соединены со входом второго усилителя, а выход фазовращателя - с вторым входом алгебраического сумматора, вторые входы первого и второго аналоговых перемножителей каждого канала гетеродинно-перестраиваемого узкополосного гребенчатого фильтра объединены и соединены с соответствующим выходом многоканального синтезатора перестраиваемой эквидистантной сетки частот, а выход генератора весовой функции соединен со вторым входом модулятора.