ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ДЛЯ РЕЖЕКТОРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ПОМЕХ Российский патент 2018 года по МПК G06F17/15 G01S13/524 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в когерентно-импульсных радиолокационных системах для выделения сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех при групповой перестройке несущей частоты зондирующих импульсов.

Известно радиолокационное устройство для обнаружения движущейся цели [1], содержащее последовательно включенные блоки задержки, умножитель комплексных чисел и вычитатель. Однако это устройство обладает низкой эффективностью выделения сигнала движущейся цели.

Другим известным устройством является корреляционный автокомпенсатор [2], который содержит ряд блоков задержки, два перемножителя, сумматор и блок оценки параметров коррелированной помехи. Недостатком этого устройства является плохое подавление кромок протяженной помехи из-за большой постоянной времени цепи адаптивной обратной связи.

Наиболее близкое к данному изобретению цифровое устройство для подавления пассивных помех [3], выбранное в качестве прототипа, содержит два блока задержки, блок весовых коэффициентов, два комплексных перемножителя, весовой блок и комплексный сумматор. Однако данное устройство из-за переходного процесса при поступлении кромки пассивной помехи имеет низкую эффективность выделения сигналов движущихся целей.

Задачей, решаемой в изобретении, является повышение эффективности режекторной фильтрации пассивной помехи и выделения сигналов движущихся целей при обработке группы импульсов на фоне пассивных помех с априорно неизвестной доплеровской скоростью.

Для решения поставленной задачи в вычислитель для режекторной фильтрации помех, содержащий первый и второй блоки задержки, блок весовых коэффициентов, первый и второй комплексные перемножители, весовой блок, комплексный сумматор и синхрогенератор, введены третий блок задержки, блок комплексного сопряжения, блок переключения, блок точности, блок коммутации и двухканальный коммутатор.

Дополнительные блоки, введенные в предлагаемое устройство, являются известными. Так, соединенные вместе первый блок задержки, первый комплексный перемножитель, весовой блок и комплексный сумматор применяются для режекторной фильтрации пассивных помех, однако неизвестно их применение совместно с блоком коммутации и двухканальным коммутатором для более точной компенсации помехи. Новыми являются связи между третьим блоком задержки и весовым блоком, блоком весовых коэффициентов и блоком переключения и весовым блоком, блоком точности и вторым комплексным перемножителем, вторым блоком задержки, двухканальным коммутатором, вторым комплексным перемножителем и блоком коммутации, а также связи между синхрогенератором и введенными блоками устройства, обеспечивающими оптимальную и согласованную обработку группы импульсов, что приводит с учетом более точной компенсации помехи к повышению эффективности выделения сигналов движущихся целей при перестройке несущей частоты на фоне помех с априорно неизвестной доплеровской скоростью.

Сравнение с техническими решениями, 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 вычислителя для режекторной фильтрации помех; на фиг. 2 - блока задержки; на фиг. 3 - блока комплексного сопряжения; на фиг. 4 - комплексного перемножителя; на фиг. 5 - весового блока; на фиг. 6 - комплексного сумматора; на фиг. 7 - блока переключения; на фиг. 8 - блока точности; на фиг. 9 - накопителя; на фиг. 10 - блока вычисления модуля; на фиг. 11 - двухканального коммутатора.

Вычислитель для режекторной фильтрации помех (фиг. 1) содержит первый блок 1 задержки, блок 2 весовых коэффициентов, первый комплексный перемножитель 3, весовой блок 4, комплексный сумматор 5, второй комплексный перемножитель 6, второй блок 7 задержки, синхрогенератор 8, третий блок 9 задержки, блок 10 комплексного сопряжения, блок 11 переключения, блок 12 точности, блок 13 коммутации и двухканальный коммутатор 14.

Блоки 1, 7 и 9 задержки (фиг. 2) содержат два оперативных запоминающих устройства 15; блок 10 комплексного сопряжения (фиг. 3) содержит инвертор 16; комплексный перемножитель 3, 6 (фиг. 4) содержит два канала (I, II), каждый из которых содержит перемножители 17, 18 и сумматор 19; весовой блок 4 (фиг. 5) содержит два перемножителя 20; комплексный сумматор 5 (фиг. 6) содержит два сумматора 21; блок 11 переключения (фиг. 7) содержит счетчик 22, дешифратор 23, блоки 24 совпадений и сумматор 25; блок 12 точности (фиг. 8) содержит накопитель 26, блок 27 вычисления модуля и два делителя 28; накопитель 26 (фиг. 9) содержит два канала (I, II), состоящих из n элементов 29 задержки на интервал t_д и n сумматоров 30; блок 27 вычисления модуля (фиг. 10) содержит два перемножителя 31, сумматор 32 и блок 33 извлечения квадратного корня; двухканальный коммутатор 14 (фиг. 11) содержит два коммутатора 34.

Вычислитель для режекторной фильтрации помех работает следующим образом.

Группа когерентных радиоимпульсов, первоначально излученных с одинаковой несущей частотой и состоящих из сигнала от движущейся цели и пассивной помехи, значительно превышающей сигнал, поступает на вход радиоприемного устройства, в котором усиливается, в квадратурных фазовых детекторах переносится на видеочастоту, а затем подвергается аналого-цифровому преобразованию (соответствующие блоки на фиг. 1 не показаны).

Цифровые коды (x_kl, y_kl) обеих квадратурных проекций, следующие через период повторения Т, в каждом элементе разрешения по дальности (кольце дальности) каждого периода повторения образуют комплексные числа

,

где k - номер текущего периода, l - номер текущего кольца дальности, ϕ_l - доплеровский сдвиг фазы за период повторения (обычно помехи ввиду ее значительного превышения над сигналом), равный ϕ_l = 2πƒ_lТ, здесь ƒ_l - доплеровская частота помехи.

Цифровые отсчеты в заявляемом устройстве (фиг. 1) поступают на входы первого блока 1 задержки (фиг. 2) и на соединенные с ними входы третьего блока 9 задержки. Каждый из блоков 1, 7 и 9 задержки (фиг. 2) состоит из параллельно включенных оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) 15. ОЗУ 15 блоков 1, 7 задержки служат для хранения отсчетов в течение одного периода Т, а ОЗУ 15 третьего блока 9 задержки - в течение интервала х.

В блоке 10 комплексного сопряжения с помощью инвертора 15 (фиг. 3) происходит инвертирование знака мнимых проекций задержанных в блоке 1 отсчетов. В первом комплексном перемножителе 3 происходит перемножение соответствующих комплексных чисел, реализуемое путем операций с проекциями этих чисел в соответствии с фиг. 4. Образованные величины

поступают в блок 12 точности (фиг. 8), в котором накопитель 26 (фиг. 9) осуществляет с помощью элементов 29 задержки и сумматоров 30 скользящее вдоль дальности в каждом периоде повторения суммирование произведений с n+1 смежных элементов разрешения по дальности временного строба, кроме элемента с номером n/2+1, для чего выходные величины элемента 29 задержки с номером n/2 поступают только на последующий элемент 29 задержки (фиг. 9). На выходах накопителя 26 (фиг. 9) образуются величины

где - оценка сдвига фазы помехи за период повторения, усредненная с целью повышения точности по n смежным элементам разрешения по дальности.

В блоке 27 вычисления модуля (фиг. 10) определяются величины , а затем на выходах делителей 28 (фиг. 8) - величины , поступающие на первые входы второго комплексного перемножителя 6.

Выходные отсчеты блока 9 задержки поступают в весовой блок 4 (фиг. 5), в котором происходит взвешивание поступающих отсчетов весовыми коэффициентами g_k, которые хранятся в блоке 2 весовых коэффициентов. Число весовых коэффициентов g_k определяется реализуемым порядком вычислителя для режекторной фильтрации помех m, связанным с числом импульсов в группе, равным m+1. В частности, при m=1 весовые коэффициенты g₀=-g₁=1; при m=2-g₀=g₂=1, g₁=-2; при m=3-g₀=-g₃=1, g₂=-g₃=-3. Весовые коэффициенты переключаются в каждом периоде повторения блоком 11 переключения (фиг. 7), который обеспечивает обработку группы импульсов (отсчетов) с одинаковой исходной несущей частотой.

Импульс от синхронизатора радиолокатора (на фиг. 1 не показан), соответствующий излучению зондирующего импульса в каждом периоде, поступает на первый управляющий вход (1) вычислителя для режекторной фильтрации помех (фиг. 1), являющийся первым управляющим входом (1) блока 11 переключения, а затем на счетный вход счетчика 22 (фиг. 7). Показания счетчика, соответствующие номеру импульса в группе, в дешифраторе 23 преобразуются в единичный сигнал на соответствующем номеру импульса выходе дешифратора 23. Этот сигнал открывает подключенный к нему каскад совпадений 24, через который проходит соответствующий весовой коэффициент, поступающий через сумматор 25 на выход блока 11 переключения. Таким образом, каждому импульсу в группе соответствует свой весовой коэффициент.

Взвешенные в весовом блоке 4 отсчеты суммируются в комплексном сумматоре 5 с задержанными во втором блоке 7 задержки на период повторения Т, прошедшими через двухканальный коммутатор 14 и умноженными во втором комплексном перемножителе 6 на величину весовыми суммами отсчетов всех предыдущих импульсов группы. В конечном счете, в результате весовой обработки отсчетов m+1 периодов образуется величина

.

Двумерный поворот задержанных отсчетов на угол обеспечивает синфазность суммируемых отсчетов, а их взвешивание коэффициентами g_k - режектирование (компенсацию) слагаемых отсчетов помехи. Сигнал от движущейся цели из-за сохранения доплеровских сдвигов фазы не подавляется.

В третьем блоке 9 задержки отсчеты задерживаются на интервал τ, равный задержке оценок по отношению к среднему элементу обучающей выборки, исключенному в накопителе 26 (фиг. 9) в соответствии с выражением (1). Величина τ определяется выражением

τ=t_в+nt_д/2,

где t_в - время вычисления оценки фазы помехи, n - количество элементов обучающей выборки, t_д - интервал (период) временной дискретизации.

При этом обеспечивается соответствие вводимых во втором комплексном перемножителе 6 фазовых сдвигов среднему элементу, исключенному из обучающей выборки. Тогда в случае сигнала, соизмеримого по величине с помехой, или разрывной помехи при режектировании отсчетов помехи с элемента разрешения, содержащего сигнал, исключается возможность ослабления или подавления сигнала за счет его влияния на используемые оценки.

После завершения обработки данных m+1 периодов и очередной перестройки несущей частоты на вторые управляющие входы (2) устройства (фиг. 1) и блока 11 переключения (фиг. 7) и управляющий вход блока 13 коммутации поступает импульс, который обнуляет счетчик 22, а в блоке 13 коммутации переключает релаксационный генератор (мультивибратор). По команде блока 13 коммутации двухканальный коммутатор 14 переключает выход второго блока 7 задержки к выходу вычислителя, и в течение периода повторения Т происходит считывание результатов режекции V. На вход вычислителя для режекторной фильтрации помех поступают и начинают обрабатываться данные первого периода следующей группы.

Синхронизация вычислителя для режекторной фильтрации помех осуществляется подачей на все блоки заявляемого устройства последовательности синхронизирующих импульсов от синхрогенератора 8 (фиг. 1), управляемого совместно с блоком 11 переключения импульсами (1) синхронизатора радиолокатора (на фиг. 1 не показан), следующими с интервалом Т. Период повторения синхронизирующих импульсов равен интервалу дискретизации t_д, выбираемому из условия требуемой разрешающей способности по дальности.

Достигаемый технический результат состоит в следующем. На выход устройства не поступают нескомпенсированные остатки помехи в переходном режиме, традиционно маскирующие сигнал от цели. В предлагаемом устройстве на выход поступают только скомпенсированные остатки помехи в установившемся режиме, что исключает эффект «кромки» помехи и повышает эффективность выделения сигналов движущихся целей.

Таким образом, вычислитель для режекторной фильтрации помех повышает эффективность компенсации пассивной помехи и выделения сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех с априорно неизвестной доплеровской скоростью.

Библиография

1. Патент №63-49193 (Япония), МПК G01S 13/52. Радиолокационное устройство для обнаружения движущейся цели / К.К. Тосиба. Опубл. 03.10.1988. - Изобретения стран мира. - 1989. - Выпуск 109. - №15. - С. 52.

2. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник / Я.Д. Ширман, С.Т. Багдасарян, А.С. Маляренко, Д.И. Леховицкий [и др.]; под ред Я.Д. Ширмана. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2007; с. 439, рис. 25.22.

3. А.с. 743208 СССР, МПК G01S 7/36. Цифровое устройство для подавления пассивных помех / Д.И. Попов. - №2540079 / 09; заявл. 03.11.1977; опубл. 25.06.1980, Бюл. №23. - 4 с.

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для выделения сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех при групповой перестройке несущей частоты зондирующих импульсов. Техническим результатом является повышение эффективности выделения сигналов движущихся целей. Устройство содержит первый, второй и третий блоки задержки, блок весовых коэффициентов, первый и второй комплексные перемножители, весовой блок, комплексный сумматор, синхрогенератор, блок комплексного сопряжения, блок переключения, блок точности, блок коммутации и двухканальный коммутатор. 11 ил.

Вычислитель для режекторной фильтрации помех, содержащий первый блок задержки, блок весовых коэффициентов, первый комплексный перемножитель, весовой блок, комплексный сумматор, второй комплексный перемножитель, второй блок задержки и синхрогенератор, при этом входы первого блока задержки соединены с первыми входами первого комплексного перемножителя, выходы весового блока соединены с первыми входами комплексного сумматора, вторые входы которого соединены с выходами второго комплексного перемножителя, управляющий вход синхрогенератора соединен с первым управляющим входом вычислителя для режекторной фильтрации помех, выход синхрогенератора соединен с синхровходами первого блока задержки, блока весовых коэффициентов, первого комплексного перемножителя, весового блока, комплексного сумматора, второго комплексного перемножителя и второго блока задержки, отличающийся тем, что введены третий блок задержки, блок комплексного сопряжения, блок переключения, блок точности, блок коммутации и двухканальный коммутатор, при этом входы первого блока задержки соединены с входами третьего блока задержки, выходы которого соединены с первыми входами весового блока, выходы первого блока задержки соединены с входами блока комплексного сопряжения, выходы которого соединены со вторыми входами первого комплексного перемножителя, выходы первого комплексного перемножителя соединены с входами блока точности, выходы которого соединены с первыми входами второго комплексного перемножителя, выходы блока весовых коэффициентов соединены с основными входами блока переключения, выход которого соединен со вторым входом весового блока, первый управляющий вход блока переключения соединен с первым управляющим входом вычислителя для режекторной фильтрации помех, выходы комплексного сумматора соединены с входами второго блока задержки, выходы которого соединены с основными входами двухканального коммутатора, первые выходы двухканального коммутатора соединены со вторыми входами второго комплексного перемножителя, управляющий вход двухканального коммутатора соединен с выходом блока коммутации, второй управляющий вход блока переключения и управляющий вход блока коммутации соединены со вторым управляющим входом вычислителя для режекторной фильтрации помех, выход синхрогенератора соединен с синхровходами третьего блока задержки, блока комплексного сопряжения, блока переключения, блока точности, блока коммутации и двухканального коммутатора, причем основными входами вычислителя для режекторной фильтрации помех являются соединенные входы первого блока задержки и третьего блока задержки весового блока, а выходами - вторые выходы двухканального коммутатора.