УСТРОЙСТВО КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Российский патент 2017 года по МПК G01S3/46 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в качестве устройства корреляционной обработки сигналов в составе корреляционно-фазового пеленгатора.

Все известные фазовые пеленгаторы, такие как патенты 2474835, 2458355, 2444746, 2175770, 2155352, 2134429, 1155970 используют корреляционную обработку сигналов. Указанные пеленгаторы не обеспечивают адаптацию параметров приемника к спектру принимаемого сигнала. Поэтому в качестве прототипа было взято устройство корреляционной обработки сигналов А.С. №1155970, которое адаптирует полосу пропускания приемника под ширину спектра принимаемого сигнала.

Известно устройство А.С. №1155970, 1985, в котором оптимальное значение отношения сигнал/шум на выходе устройства обеспечивается автоматической установкой полосы пропускания в соответствии с шириной спектра обрабатываемого сигнала. Недостатком прототипа является то, что он не учитывает зависимость величины оптимальной полосы пропускания от величины отношения сигнал/шум на входе устройства.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками прототипа: включение в структуру устройства двух избирательных усилителей, двух корреляторов, масштабирующего усилителя, блока сравнения, согласующего блока.

Патентуемое изобретение - устройство корреляционной обработки сигналов решает задачу повышения отношения сигнал/шум на выходе устройства при обработке широкополосного сигнала в диапазоне относительно больших значений отношения сигнал/шум на входе устройства.

Технический результат - патентуемое изобретение обеспечивает создание приемников корреляционно-фазовых пеленгаторов с повышенным отношением сигнал/шум при работе по широкополосному сигналу. Сущность изобретения поясняется графическим материалом.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства корреляционной обработки сигналов.

Устройство корреляционной обработки сигналов (Фиг. 1) содержит первый и второй широкополосные усилители 1 и 2, входы которых являются первым и вторым входами устройства, последовательно соединенные с ними первый и второй избирательные усилители 3 и 4, первый и второй корреляторы 5 и 6, причем первый и второй входы первого коррелятора 5 соединены с выходами первого и второго избирательных усилителей 3 и 4 соответственно, а первый и второй входы второго коррелятора 6 соединены с первым и вторым входами избирательных усилителей 3 и 4 соответственно, последовательно соединенные масштабирующий усилитель 7 и блок сравнения 8, причем вход масштабирующего усилителя 7 соединен с выходом второго коррелятора 6, а второй вход блока сравнения 8 соединен с выходом первого коррелятора 5, согласующий блок 9, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго избирательных усилителей 3 и 4, выход первого коррелятора 5 является выходом устройства, блок автоматической регулировки усиления (АРУ) 11 и сумматор 10, причем первый вход сумматора 10 соединен с выходом блока сравнения 8, а второй вход с выходом блока АРУ 11, выход сумматора 10 соединен со входом согласующего блока 9, вход блока АРУ 11 соединен с выходом первого широкополосного усилителя 1, а выход - с управляющими входами широкополосных усилителей 1 и 2.

Структура предлагаемого устройства отличается от прототипа наличием широкополосных усилителей 1 и 2, охваченных АРУ 11, и сумматора 10.

Устройство работает следующим образом.

На входы широкополосных усилителей с системой АРУ 1 и 2 поступают сигналы U₁(t) и U₂(t) такие, что U₁(t)=U₂(t+τ), где τ - временной сдвиг.

Уровень спектральной мощности шумов на входе устройства во времени не меняется.

Полоса пропускания широкополосных усилители с системой АРУ 1 и 2 много больше ширины спектра сигнала.

Для пояснения работы предлагаемого устройства спектр G(f) сигналов U₁ и U₂ представим в следующем виде:

где G₀ - спектральная плотность сигнала;

Δf_c - ширина спектра сигнала; f - частота;

- мощность сигнала.

В качестве примера амплитудно-частотных характеристик K(f) избирательных усилителей 3 и 4 возьмем K(f) резонансного контура

где K₀ - коэффициент усиления по напряжению;

Δf_y - полоса пропускания усилителя 3 и усилителя 4.

Δf_y соответствует ожидаемой ширине спектра входного сигнала.

Напряжение U₅ на выходе коррелятора 5 определяют по формуле [1]:

Напряжение U₇ на выходе масштабирующего усилителя 7 определяют по формуле (1):

где K_M - коэффициент усиления масштабирующего усилителя.

Блок сравнения 8 формирует U₈ - разность напряжений с выходов первого и второго корреляторов 5 и 6:

При выводе этого выражения предполагалось, что τ=0. Если коэффициент усиления масштабирующего усилителя 7 равен , то выражении (5) приводится к виду:

где x=Δf_y/Δf_c.

Структура предлагаемого устройства отличается от прототипа наличием широкополосных усилителей 1 и 2, охваченных АРУ. Как видно Фиг. 1, напряжение с выхода блока АРУ 11 используется не только для регулировки усиления широкополосных усилителей, но и для управления полосой пропускания избирательных усилителей 3 и 4. Для этого напряжение АРУ суммируется в блоке сумматора 10 с выходным напряжением блока сравнения 8. Если представить выходное напряжение блока АРУ 11 U₁₁=K_Aq, где K_A - коэффициент передачи цепи АРУ, q - отношение сигнал/шум на входе устройства, и учесть выражение (6), то управляющее напряжение на выходе сумматора блок 10 для регулировки полосы пропускания избирательных усилителей 3 и 4 принимает вид

где S - крутизна дискриминатора полосы сигнала;

Установившемуся режиму системы автоматической регулировки полосы пропускания соответствует выражение U₁₀=0. Решая уравнение (7) относительно полосы пропускания избирательных усилителей 3 и 4 Δf_y, получим

Наступление установившегося режима определяет оптимальное значение полос пропускания избирательных усилителей 3 и 4 по отношению к ширине спектра принимаемого сигнала, при котором обеспечивается максимальное выходное отношение сигнал/шум.

Отсюда видно, что при q<<1 полоса пропускания избирательных усилителей подстраивается под полосу обрабатываемого сигнала. При больших значениях q полоса избирательных усилителей максимально расширяется, как следует из выражения (8), т.к. любая фильтрация уменьшает мощность сигнала на выходе устройства.

Таким образом, показано, что включение в структуру патентуемого изобретения двух широкополосных усилителей с системой АРУ, блока АРУ и сумматора обеспечивает решение поставленной технической задачи повышения отношения сигнал/шум на выходе устройства при обработке широкополосного сигнала в диапазоне относительно больших значений отношения сигнал/шум на входе устройства.

Литература.

1. Винокуров В.И., Ваккер Р.А. Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах. М.: «Советское радио», 1972.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в качестве устройства корреляционной обработки сигналов в составе корреляционно-фазового пеленгатора. Достигаемый технический результат изобретения заключается в повышении отношения сигнал/шум на выходе устройства при обработке широкополосного сигнала в диапазоне относительно больших отношений сигнал/шум на входе устройства. Технический результат достигается за счет использования широкополосных усилителей с системой АРУ, блока АРУ и сумматора, что позволяет обеспечить на выходе устройства более высокое по сравнению с прототипом отношение сигнал/шум путем уточнения оптимальной полосы пропускания. 1 ил.

Устройство корреляционной обработки сигналов, содержащее первый и второй избирательные усилители, первый и второй корреляторы, причем первый и второй входы первого коррелятора соединены с выходами первого и второго избирательных усилителей соответственно, а первый и второй входы второго коррелятора соединены с первым и вторым входами избирательных усилителей соответственно, последовательно соединенные масштабирующий усилитель, блок сравнения и согласующий блок, причем вход масштабирующего усилителя соединен с выходом второго коррелятора, а второй вход блока сравнения соединен с выходом первого коррелятора, выход согласующего блока соединен с управляющими входами первого и второго избирательных усилителей, выход первого коррелятора является выходом устройства, отличающееся тем, что введены первый и второй широкополосные усилители с системой АРУ, блок автоматической регулировки усиления (АРУ) и сумматор, причем первый вход сумматора соединен с выходом блока сравнения, а второй вход - с выходом блока АРУ, а выход сумматора соединен со входом согласующего блока, входы первого и второго широкополосных усилителей являются первым и вторым входами устройства, а их выходы соединены со входами первого и второго избирательных усилителей соответственно, вход блока АРУ соединен с выходом первого широкополосного усилителя, а выход - с управляющими входами широкополосных усилителей.