АВТОКОМПЕНСАТОР ДОПЛЕРОВСКИХ СДВИГОВ ФАЗЫ ПОМЕХ Российский патент 2017 года по МПК G01S13/524 

Изобретение относится к радиолокационной технике и предназначено для автокомпенсации доплеровских сдвигов фазы пассивных помех; может быть использовано в адаптивных устройствах режектирования многочастотных пассивных помех.

Известен фильтр с автокомпенсацией доплеровской фазы пассивных помех, содержащий блоки задержки, блок комплексного сопряжения, блоки комплексного умножения, блок оценивания фазы и функциональные преобразователи [1]. Однако это устройство имеет низкую точность измерения и компенсации текущего значения доплеровской фазы пассивных помех.

Известен также измеритель доплеровской фазы пассивных помех [2], содержащий блок оценивания фазы, блок комплексного умножения, блок задержки, блок усреднения и вычислитель фазы. Данное устройство обладает низкой точностью измерения доплеровской фазы пассивных помех.

Наиболее близким к изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство с автокомпенсацией доплеровских сдвигов фазы пассивных помех [3], содержащее блок оценивания фазы, первый блок задержки, первый и второй блоки комплексного умножения, блок комплексного сопряжения и второй блок задержки. Однако устройство имеет низкую точность измерения и автокомпенсации доплеровской фазы пассивных помех.

Задачей, решаемой в изобретении, является повышение точности автокомпенсации текущего значения доплеровской фазы многочастотных пассивных помех за счет применения совместной обработки частотных компонент многочастотных пассивных помех.

Для решения поставленной задачи в автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех, содержащий блок оценивания фазы, первый блок задержки, первый и второй блоки комплексного умножения, блок комплексного сопряжения, второй блок задержки и синхрогенератор, введены первый и второй умножители, первый, второй, третий и четвертый косинусно-синусные функциональные преобразователи, первый и второй блоки памяти, комплексный сумматор, дополнительный вычислитель фазы, дополнительный блок оценивания фазы, первый и второй дополнительные блоки комплексного умножения, дополнительный блок комплексного сопряжения и третий и четвертый блоки задержки.

Дополнительные блоки, введенные в предлагаемое устройство, являются известными. Так, соединенные вместе в блоке оценивания фазы блок задержки, блок комплексного сопряжения, блок комплексного умножения, блок усреднения и вычислитель фазы позволяют выделить доплеровский сдвиг фазы за интервал между соседними отсчетами пассивной помехи. Однако неизвестно совместное применение первого и второго умножителей, первого, второго, третьего и четвертого косинусно-синусных функциональных преобразователей, первого и второго блоков памяти, комплексного сумматора, дополнительного вычислителя фазы, дополнительного блока оценивания фазы, дополнительных блоков комплексного умножения и третьего и четвертого блоков задержки. Новыми являются связи первого умножителя с блоком оценивания фазы, первым косинусно-синусным функциональным преобразователем и первым блоком памяти, дополнительного блока оценивания фазы с третьим косинусно-синусным функциональным преобразователем, первого и третьего косинусно-синусных функциональных преобразователей с комплексным сумматором, комплексного сумматора с дополнительным вычислителем фазы, дополнительного вычислителя фазы со вторым умножителем и четвертым косинусно-синусным функциональным преобразователем, второго и четвертого косинусно-синусных функциональных преобразователей соответственно со вторым блоком комплексного умножения и первым дополнительным блоком комплексного умножения. Связи между синхрогенератором и всеми блоками автокомпенсатора обеспечивают согласованную обработку компонент многочастотных пассивных помех.

Сравнение с техническими характеристиками, известными из опубликованных источников информации, показывает, что заявляемое решение обладает новизной и имеет изобретательский уровень.

Заявляемое решение носит технический характер, осуществимо, воспроизводимо и, следовательно, является промышленно применимым.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема автокомпенсатора доплеровских сдвигов фазы помех; на фиг. 2 - блока оценивания фазы; на фиг. 3 - блока задержки; на фиг. 4 - блока комплексного сопряжения; на фиг. 5 - блока комплексного умножения; на фиг. 6 - блока усреднения; на фиг. 7 - вычислителя фазы; на фиг. 8 - блока присвоения знака; на фиг. 9 - комплексного сумматора.

Автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех (фиг. 1) содержит блок 1 оценивания фазы, первый блок 2 задержки, первый блок 3 комплексного умножения, второй блок 4 комплексного умножения, блок 5 комплексного сопряжения, второй блок 6 задержки, синхрогенератор 7, первый умножитель 8, первый косинусно-синусный функциональный преобразователь 9, второй умножитель 10, второй косинусно-синусный функциональный преобразователь 11, первый блок памяти 12, комплексный сумматор 13, дополнительный вычислитель фазы 14, второй блок памяти 15, дополнительный блок оценивания фазы 16, третий 17 и четвертый 18 косинусно-синусные функциональные преобразователи, первый дополнительный блок 19 комплексного умножения, дополнительный блок 20 комплексного сопряжения, третий блок 21 задержки, четвертый блок 22 задержки и второй дополнительный блок 23 комплексного умножения.

Блок 1 оценивания фазы и дополнительный блок 16 оценивания фазы (фиг. 2) содержат блок 24 задержки, блок 25 комплексного сопряжения, блок 26 комплексного умножения, блок 27 усреднения и вычислитель фазы 28. Блоки 2, 6, 21, 22 и 24 задержки (фиг. 3) содержат две цифровые линии задержки 29. Блоки 5 и 25 комплексного сопряжения и дополнительный блок 20 комплексного сопряжения (фиг. 4) содержат инвертор 30. Блоки 3 и 4 комплексного умножения и дополнительные блоки 19 и 23 комплексного умножения (фиг. 5) содержат два канала (I, II), каждый из которых включает первый перемножитель 31, второй перемножитель 32 и сумматор 33. Блок 27 усреднения (фиг. 6) содержит два канала (I, II), каждый из которых состоит из n цифровых элементов 34 задержки на интервал дискретизации t_д и n-1 сумматоров 35. Вычислитель фазы 28 и дополнительный вычислитель фазы 14 (фиг. 7) состоят из делителя 36, арктангенсного функционального преобразователя 37, модульного блока 38, сумматора 39, блока 40 присвоения знака и первого ключа 41, второго ключа 42, сумматора 43 и блока 44 памяти. Блок 40 присвоения знака (фиг. 8) содержит блоки 45 и 48 умножения, блок 46 памяти и ограничитель 47. Комплексный сумматор 13 (фиг. 9) содержит два сумматора 49.

Автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех работает следующим образом.

Два частотных компонента многочастотной пассивной помехи, значительно превышающих сигнал от цели, раздельно поступают на входы приемников каждого частотного канала, в которых усиливаются, в квадратурных фазовых детекторах переносятся на видеочастоту, а затем подвергаются аналого-цифровому преобразованию (соответствующие блоки на фиг. 1 не показаны). На первые и вторые входы автокомпенсатора доплеровских сдвигов фазы помех в каждом элементе разрешения по дальности каждого периода повторения поступают цифровые отсчеты комплексных огибающих соответствующих частотных компонент пассивной помехи

,

где , - цифровые коды действительной и мнимой частей отсчетов ; j и k - текущие номера соответственно периода повторения и элемента разрешения по дальности, причем ; - номер частотного компонента, причем ; - начальная фаза частотного компонента; - доплеровский сдвиг фазы частотного компонента помехи, равный

, ,

где - доплеровская частота помехи; T - период повторения зондирующих импульсов; ν_r - радиальная скорость источника мешающих отражений (пассивной помехи); - несущая частота частотного компонента, причем , r<1; c - скорость распространения радиоволн.

В автокомпенсаторе доплеровских сдвигов фазы помех (фиг. 1) отсчеты и поступают соответственно на входы блока 1 оценивания фазы и дополнительного блока 16 оценивания фазы (фиг. 2), где в блоках 24 задержки (фиг. 3) задерживаются на период повторения T. После этого в блоках 25 комплексного сопряжения (фиг. 4) путем инвертирования с помощью инвертора 30 знаков мнимых проекций осуществляется комплексное сопряжение задержанных отсчетов . Далее в блоках 26 комплексного умножения (фиг. 5) в каждом элементе разрешения по дальности реализуется попарное умножение отсчетов в соответствии с алгоритмом

, .

С выходов блоков 26 комплексного умножения полученные произведения поступают в блоки 27 усреднения (фиг. 6), осуществляющие с помощью элементов 34 задержки и сумматоров 35 скользящее вдоль дальности в каждом периоде повторения суммирование величин с n+1 смежных элементов разрешения по дальности временного строба, кроме элемента с номером n/2+1, для чего выходные величины элемента 34 задержки с номером n/2 поступают только на последующий элемент 34 задержки (фиг. 6). При этом на выходах блоков 27 усреднения образуются величины

, ,

аргументами которых являются межпериодные доплеровские сдвиги фазы помехи в j-м периоде повторения частотного компонента .

Величины и в блоках 1 и 16 поступают на соответствующие входы вычислителей фазы 28 (фиг. 7), где на основе блоков 36 деления и арктангенсных функциональных преобразователей 37 вычисляются оценки

, .

Последующие преобразования оценок зависят от знака величины . При открыт второй ключ 42, и оценка через сумматор 43 непосредственно поступает на выход вычислителя фазы 28. При открыт первый ключ 41, а второй ключ 42 закрыт. При этом в модульном блоке 38 образуется , вычитаемый в сумматоре 39 из величины π, поступающей от блока 44 памяти. Полученной разности в блоке 40 присваивается знак величины .

Блок 40 присвоения знака (фиг. 8) работает следующим образом. На второй вход блока 40 присвоения знака поступает величина , где в блоке 45 умножения производится ее умножение на постоянный множитель из блока 46 памяти с целью масштабирования и дальнейшего ограничения в ограничителе 47 по уровню ±1. Таким образом, после ограничения величина на выходе ограничителя 47 имеет смысл знака величины , который, поступая на первый вход блока 48 умножения, присваивается разности , поступающей с выхода сумматора 39 на первый вход блока 40 присвоения знака, т.е. на второй вход блока 48 умножения.

Рассмотренные операции позволяют в вычислителе фазы 28 сначала найти оценку доплеровского сдвига фазы помехи, находящуюся в интервале [-π/2, π/2], а затем при помощи последующих логических преобразований в блоках 38, 39 и 40 расширить пределы ее однозначного измерения до интервала [-π, π] в соответствии с алгоритмом

Первый умножитель 8 (фиг. 1) осуществляет умножение найденной в блоке 1 оценивания фазы 1-го частотного канала оценки на коэффициент r, хранящийся в первом блоке 12 памяти, что приводит к получению пересчитанной по отношению ко 2-му частотному каналу оценки

.

Данная пересчитанная оценка и найденная в дополнительном блоке 16 оценивания фазы 2-го частотного канала оценка подвергаются межканальному усреднению. Так как непосредственное усреднение оценок и вследствие цикличности фазовых сдвигов приводит к существенным ошибкам, то усреднению подлежат тригонометрические функции этих оценок. Для этого в первом 9 и третьем 17 косинусно-синусных функциональных преобразователях определяются соответственно величины

, .

Межканальное усреднение осуществляется в комплексном сумматоре 13 (фиг. 9) путем раздельного суммирования действительных и мнимых проекций входных величин, приводящего к вычислению выходной величины

В дополнительном вычислителе фазы 14 (фиг. 7) определяется усредненная оценка для 2-го частотного канала:

.

Во втором умножителе 10 данная оценка умножается на хранящийся во втором блоке 15 памяти коэффициент 1/r, что приводит к получению усредненной оценки для 1-го частотного канала:

.

Во втором 11 и четвертом 18 косинусно-синусных функциональных преобразователях определяются соответственно величины

, .

Второй блок 4 комплексного умножения совместно со вторым блоком 6 задержки и первый дополнительный блок 19 комплексного умножения совместно с третьим блоком 21 задержки в каждом элементе разрешения по дальности осуществляют рекуррентное накопление оценок межпериодного доплеровского сдвига фазы помехи соответственно для 1-го и 2-го частотных каналов:

,

.

Ввиду однородности помехи по доплеровской скорости в пределах каждого элемента разрешения по дальности и равноточности оценок и

,

что соответствует с точностью до начальной фазы текущей фазе помехи.

В блоке 5 комплексного сопряжения и в дополнительном блоке 20 комплексного сопряжения с помощью инвертора 30 знаков мнимых проекций происходит инвертирование знака текущей фазы, приводя к величинам

,

что позволяет в первом блоке 3 комплексного умножения и втором дополнительном блоке 23 комплексного умножения путем двумерного поворота поступающих в каждом частотном канале отсчетов и в соответствии с выражениями

скомпенсировать доплеровские сдвиги фазы помехи.

Задержка исходных отсчетов и на интервал t_з=nt_д/2+t_в (где t_д - интервал дискретизации, t_в - интервал задержки при вычислениях), реализуемая в первом блоке 2 задержки и в четвертом блоке 22 задержки, обеспечивает совмещение компенсации с исключенным из обучающей выборки средним элементом с номером n/2+1 в стробе скользящего суммирования, реализуемого блоком 27 усреднения. Тогда в случае сигнала, соизмеримого по величине с помехой, или разрывной помехи при последующем режектировании отсчетов помехи с элемента разрешения, содержащего сигнал, исключается возможность ослабления или подавления сигнала за счет его влияния на используемые оценки.

Синхронизация автокомпенсатора доплеровских сдвигов фазы помех осуществляется подачей на все блоки заявляемого устройства последовательности синхронизирующих импульсов, вырабатываемых синхронизатором 7 (фиг. 1) с периодом повторения, равным интервалу дискретизации t_д, выбираемому из условия требуемой разрешающей способности по дальности.

Достижение технического результата объясняется следующим образом. Погрешность усредненной оценки в предложенном автокомпенсаторе характеризуется дисперсией

, ,

где r₁=1, r₂=r; - коэффициент межпериодной корреляции помехи в частотном канале ; - нормированная ширина спектра помехи в частотном канале .

Дисперсия оценки для известного устройства (прототипа)

Как видим, дисперсия усредненной оценки в предложенном автокомпенсаторе меньше дисперсии в известном устройстве, что соответствует повышению точности измерения и компенсации доплеровских сдвигов фазы помехи, зависящей от номера частотного канала. Расчеты показывают, что при r=0,95 и для 1-го частотного канала точность измерения и компенсации повышается в 2 раза, а для 2-го частотного канала - в 2,2 раза.

Таким образом, автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех позволяет повысить точность измерения и компенсации текущих значений доплеровских сдвигов фазы многочастотных пассивных помех.

1. А.с. 934816 (СССР), МПК G01S 7/36, G01S 13/52. Режекторный фильтр / Д.И. Попов. - Опубл. 27.11.1998. - Изобретения. - 1998. - №33. - С. 407-408.

2. А.с. 1136620 (СССР), МПК G01S 7/292. Измеритель параметров пассивных помех / Д.И. Попов, В.В. Гладких. - Опубл. 27.11.1998. - Изобретения. - 1998. - №33. - С. 405.

3. А.с. 1098399 (СССР), МПК G01S 7/36. Устройство адаптивной режекции пассивных помех / Д.И. Попов. - Опубл. 20.12.1998. - Изобретения. - №35. - С. 377-378.

Изобретение относится к радиолокационной технике и предназначено для автокомпенсации доплеровских сдвигов фазы пассивных помех. Предложен автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех, содержащий блок оценивания фазы, первый блок задержки, первый и второй блоки комплексного умножения, блок комплексного сопряжения, второй блок задержки, синхрогенератор, первый и второй умножители, первый, второй, третий и четвертый косинусно-синусные функциональные преобразователи, первый и второй блоки памяти, комплексный сумматор, дополнительный вычислитель фазы, дополнительный блок оценивания фазы, первый и второй дополнительные блоки комплексного умножения, дополнительный блок комплексного сопряжения и третий и четвертый блоки задержки, определенным образом соединенные между собой и осуществляющие когерентную обработку поступающих отсчетов. Технический результат - повышение точности автокомпенсации. 9 ил.

Автокомпенсатор доплеровских сдвигов фазы помех, содержащий блок оценивания фазы, первый блок задержки, первый блок комплексного умножения, второй блок комплексного умножения, блок комплексного сопряжения, второй блок задержки и синхрогенератор, при этом входы блока оценивания фазы через первый блок задержки соединены с первыми входами первого блока комплексного умножения, вторые входы которого соединены с выходами блока комплексного сопряжения, выходы второго блока комплексного умножения соединены с объединенными входами блока комплексного сопряжения и второго блока задержки, выходы второго блока задержки соединены с первыми входами второго блока комплексного умножения, выход синхрогенератора соединен с синхровходами блока оценивания фазы, первого блока задержки, первого и второго блоков комплексного умножения, блока комплексного сопряжения и второго блока задержки, отличающийся тем, что введены первый умножитель, первый косинусно-синусный функциональный преобразователь, второй умножитель, второй косинусно-синусный функциональный преобразователь, первый блок памяти, комплексный сумматор, дополнительный вычислитель фазы, второй блок памяти, дополнительный блок оценивания фазы, третий и четвертый косинусно-синусные функциональные преобразователи, первый дополнительный блок комплексного умножения, дополнительный блок комплексного сопряжения, третий и четвертый блоки задержки и второй дополнительный блок комплексного умножения, при этом выход блока оценивания фазы соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти, выход первого умножителя соединен с входом первого косинусно-синусного функционального преобразователя, выходы которого соединены с первыми входами комплексного сумматора, выходы комплексного сумматора соединены с входами дополнительного вычислителя фазы, выход которого соединен с объединенными первым входом второго умножителя и входом четвертого косинусно-синусного функционального преобразователя, второй вход второго умножителя соединен с выходом второго блока памяти, выход второго умножителя соединен с входом второго косинусно-синусного функционального преобразователя, выходы которого соединены со вторыми входами второго блока комплексного умножения, выход дополнительного блока оценивания фазы соединен с входом третьего косинусно-синусного функционального преобразователя, выходы которого соединены со вторыми входами комплексного сумматора, выходы первого дополнительного блока комплексного умножения соединены с объединенными входами дополнительного блока комплексного сопряжения и третьего блока задержки, выходы третьего блока задержки соединены с первыми входами первого дополнительного блока комплексного умножения, вторые входы которого соединены с выходами четвертого косинусно-синусного функционального преобразователя, входы дополнительного блока оценивания фазы через четвертый блок задержки соединены с первыми входами второго дополнительного блока комплексного умножения, вторые входы которого соединены с выходами дополнительного блока комплексного сопряжения, выход синхрогенератора соединен с синхровходами первого и второго умножителей, первого, второго, третьего и четвертого косинусно-синусных функциональных преобразователей, первого и второго блоков памяти, комплексного сумматора, дополнительного вычислителя фазы, дополнительного блока оценивания фазы, первого и второго дополнительных блоков комплексного умножения, дополнительного блока комплексного сопряжения и третьего и четвертого блоков задержки, причем первыми и вторыми входами автокомпенсатора доплеровских сдвигов фазы помех являются соответственно входы блока оценивания фазы и дополнительного блока оценивания фазы, а первыми и вторыми выходами - соответственно выходы первого блока комплексного умножения и второго дополнительного блока комплексного умножения.