Способ защиты эхо-сигналов от несинхронных импульсных помех в приемном канале радиолокационных станций и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК G01S7/292 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для защиты от несинхронных импульсных помех (НИП), с целью улучшения характеристик обнаружения полезного эхо-сигнала.

Уровень техники

Точечные и протяженные НИП являются одной из главных проблем при работе радиолокационных станций (РЛС), искажающие полезный принимаемый эхо-сигнал и затрудняющие его обнаружение. При этом наиболее характерными НИП являются помехи, вызванные работой РЛС или других радиоустройств с импульсной модуляцией, работающих в смежных полосах частот (взаимные помехи).

Из уровня техники широко известен способ защиты эхо-сигналов от нескольких импульсных помех в приемном канале импульсно-доплеровских радиолокационных станций (Фиг. 1, патент РФ №2534030, МПК G01S 7/292, 2006), учитывающий опыт предыдущих разработок, таких как способ, реализованный по схеме полосовой фильтр (ПФ) – амплитудный ограничитель (АО) - оптимальный фильтр (ОФ) (см. книгу Лезина Ю.С. «Введение в теорию и технику радиотехнических систем», М., «Радио и связь», 1986, с.216-219); межпериодное отбраковывание НИП (авторы Лозовский И.Ф., Елагина К.А. «Алгоритм обнаружения некогерентной пачки импульсов в условиях воздействия несинхронных импульсных помех и сигналов», седьмая научно-практическая конференция, г. Ульяновск, 2011); изменение рабочей поляризации (см. книгу Леонова А.И., Фомичева К.И. «моноимпульсная радиолокация», М., «Радио и связь», 1984, с. 240-243); а также патент РФ №2334247, МПК G01S 13/02, G01S 13/58. Способ содержит блок определения медианных оценок в квадратурных составляющих, блок вычитания, блок амплитудного детектора, блок оценки математического ожидания амплитуды сигнала, блок умножения на коэффициент К, блок порога, блок мультиплексор, блок скользящего окна анализа на базе линии задержки.

Выберем данный способ за прототип, так как он является наиболее близким по технической сущности к заявленному способу.

Принцип работы указанного способа позволяет уменьшить потери чувствительности канала обнаружения в условиях наличия множественных НИП и взаимных помех. Это происходит за счет обнаружения сигналов от НИП на уровне межпериодной обработки (МПО) и замены обнаруженных сигналов от НИП на коррелированные с сигналами местных предметов значения в каждой квадратурной составляющей с последующей реализацией межпериодного и внутрипериодного накопления.

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет выполнить защиту от точечных и протяженных НИП в случае их попадания в один элемент по дальности в несколько импульсах пачки, что происходит с большой вероятностью при работе по взаимным помехам.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое техническое изобретение, заключается в защите эхо-сигналов от НИП в приемном канале РЛС.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности к НИП в нескольких импульсах пачки одного элемента по дальности, улучшение характеристик обнаружения полезного эхо-сигнала.

Указанный технический результата достигается способе защиты эхо-сигналов от несинхронных импульсных помех (НИП) в приемном канале радиолокационных станций (РЛС) заключающемся в том, что с помощью входящего массива комплексных значений пачечного сигнала для каждого элемента по дальности формируем набор M-мерных векторов: синфазную составляющую сигнала I= [I₁,I₂,…,I_M], квадратурную составляющую сигнала Q=[Q₁,Q₂,…Q_M], модуль сигнала D=[D₁,D₂,…,D_M] и фазу сигнал Ф=[φ₁, φ₂, …,φ_M], для каждого элемента по дальности с вектором размерности М определяют: модуль комплексного сигнала m=1,2,…,M, фазу входящего сигнала в каждом периоде вектор отобранных амплитуд модуля сигнала, путем выбора р-ого элемента из элементов вектора D, отсортированных по возрастанию: D⁽¹⁾ ≤D⁽²⁾ ≤….D^(m) ≤D^(p)≤ … ≤D^(M), так, что , если , , где М – количество импульсов в пачке, а р - номер элемента в векторе, прогнозирующем оценку среднего значения; на основе полученного вектора отобранных амплитуд модуля сигнала формируют: вектор признаков S превышения допустимой флуктуации (k_f) относительно среднего значения амплитуд модулей сигнала в элементе по дальности, путем сравнения элементов вектора D с пороговыми значениями ; вектор признаков R превышения сигнала над шумом, путем сравнения элементов вектора D с заранее рассчитанными пороговыми значениями по шуму для каждого элемента по дальности; после чего, с учетом логически объединенных по «И» признаков превышения сигнала над шумом R и признаков превышения допустимой флуктуации S, получают вектор признаков C, формирующий массив комплексного сигнала на выходе полученным вектором признаков С:

Технический результат достигается также в устройстве защиты эхо-сигналов от несинхронных импульсных помех (НИП) в приемном канале радиолокационных станций (РЛС), реализующем вышеуказанный способ и содержащем первую, вторую, третью линии задержки, параллельно подключенные блок линейного детектора и блок расчета фазы, при этом сигнал с блока линейного детектора поступает на входы первого, второго компаратора и блок упорядочивания амплитуд по возрастанию, результат которого передается на блок отбора упорядоченных амплитуд, далее сигнал передается на первый вход блока изменения синфазной составляющей сигнала и первый вход блока изменения квадратурной составляющей сигнала, а на второй вход указанных блоков поступает сигнал из блока расчета фазы, прошедший через вторую линию задержки; сигналы с блоков изменения синфазной составляющей сигнала и изменения квадратурной составляющей сигнала поступают на входы первого и второго мультиплексоров соответственно; на второй вход первого компаратора поступает сигнал с блока порога, а на второй вход второго компаратора поступает сигнал, содержащий признаки превышения допустимой флуктуации, полученный в результате перемножения сигналов с блока отбора упорядоченных амплитуд и блока коэффициента флуктуаций, при этом выходной сигнал первого компаратора, проходя через логический элемент «И», на второй вход которого передается сигнал с выхода второго компаратора, передается на первый и второй мультиплексоры, кроме того, входной комплексный сигнал синфазной составляющей комплексного сигнала поступает через первую линию задержки на вход второго мультиплексора, а входной сигнал квадратурной составляющей комплексного сигнала через третью линию задержки поступает на вход первого мультиплексора, выходные сигналы которых представляют собой измененный комплексный сигнал.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – Способ защиты эхо-сигналов от НИП в приемном канале импульсно-доплеровских РЛС содержит:

1 – блок линии задержки, на который поступает сигнал с фазового детектора;

2 – блок определения медианных оценок в квадратурных составляющих;

3 – блок вычитания;

4 – блок расчета математического ожидания;

5 – блок амплитудного детектора;

6 – блок умножения;

7 – блок порога;

8 – блок мультиплексора, на выход которого поступают измененные квадратурные составляющие.

Фиг. 2 – Предлагаемый способ защиты эхо-сигналов от НИП в приемном канале РЛС содержит:

9 – блок расчета фазы;

10 – блок линейного детектора;

11 – блок упорядочивания амплитуд по возрастанию;

12, 13 – блок компаратора;

7 – блок порога;

15 – блок логического объединения признаков по «И»;

16 – блок отбора упорядоченных амплитуд;

6 – блок умножения;

18 – блок изменения синфазной составляющей сигнала;

19 – блок изменения квадратурной составляющей сигнала;

20 – блок коэффициента флуктуации;

8, 22 – блоки мультиплексоров.

Фиг. 3 – Блок-схема заявленного устройства защиты эхо-сигналов от НИП в приемном канале РЛС содержит:

1,23, 24 – линии задержки;

6 – блок умножителя;

7 – блок порога;

9 – блок расчета фазы;

10 – блок линейного детектора;

11 – блок упорядочивания амплитуд по возрастанию;

12,13 – блок компаратор;

15 – блок логического элемента «И»;

25 – блок отбора упорядоченных амплитуд;

18 – блок изменения синфазной составляющей сигнала;

19 – блок изменения квадратурной составляющей сигнала;

20 – блок формирователя коэффициента флуктуаций;

8,22 – блоки мультиплексоров, на выходе которых синфазная и квадратурная составляющая комплексного сигнала.

Алгоритм заявленного способа защиты эхо-сигналов от НИП в приемном канале РЛС (Фиг. 2) заключается в следующем. Рассмотрим пачку из M импульсных сигналов (например, M = 8 импульсов). Для каждого элемента по дальности составим свой набор M-мерных векторов: синфазная составляющая сигнала, квадратурная составляющая сигнала , модуль сигнала фаза сигнала .

А также зададимся:

- номером элемента p в векторе, прогнозирующего оценку среднего значения, . Вектор содержит модули амплитуды D для одного элемента по дальности, отсортированные по возрастанию;

- коэффициентом допустимых флуктуаций амплитуды сигнала kf относительно среднего значения амплитуд модулей сигнала в элементе по дальности;

- заранее рассчитанным пороговым значением для каждого элемента по дальности Pl, для исключения срабатывания алгоритма по шуму.

Для каждого элемента по дальности с вектором размерности M выполняется следующая последовательность действий:

1. Вычисляется модуль комплексного сигнала (фиг. 2, блок №10):

(1)

2. Рассчитывается значение фазы сигнала в каждом периоде (фиг. 2, блок №9):

(2)

3. Элементы вектора D перегруппируются по возрастанию (фиг. 2, блок №11):

, (3)

так, что , если .

4. Из сформированного вектора выбирается p-ый элемент (фиг. 2, блок №16);

5. Путем сравнения элементов вектора D с пороговыми значениями , формируются признаки превышения в векторе S (фиг. 2, блок №13):

(4)

6. Путем сравнения элементов вектора D с пороговыми значениями по шуму Pl, формируются признаки превышения в векторе R (фиг. 2, блок №12):

(5)

7. Находится пересечение признаков превышения пороговых значений векторов S и R (фиг. 2, блок №15):

(6)

8. Составляются вектора I’, Q’, Ф’ и D’, которые последуют на дальнейшую обработку, в соответствие с полученным вектором признаков С:

, (7)

В результате применения описанного алгоритма происходит уменьшение влияния НИП в приемном канале РЛС при ее попадании в несколько импульсов на одном элементе по дальности. Также улучшаются характеристики обнаружения полезного эхо-сигнала на фоне воздействующих НИП. Это происходит за счет изменения амплитуды и сохранения фазы входного комплексного сигнала, на основе его предполагаемой флуктуации, и предотвращения работы по шуму. Следовательно, достигается технический результат изобретения.

Предлагаемый вариант нового устройства защиты эхо-сигналов от НИП в приемном канале РЛС (фиг. 3) содержит входной комплексный сигнал, поступающий на блок линейного детектора 10 и блок расчета фазы 9, а также через блоки линии задержки 1, 23 ,24 поступающий на блоки мультиплексоров 8,22, после чего модуль сигнала с блока линейного детектора 10 поступает на блок компаратора 12 вместе с порогом с блока 7, результат которого передается на блок логический элемент «И» 15, а также поступает на блок упорядочивания амплитуд по возрастанию 11, результат которого передается на блок отбора упорядоченных амплитуд 25, далее поступающих на блок умножителя 6 вместе с коэффициентами флуктуаций с блока формирователя 20, после перемножения которых результат передается на блок компаратора 13, также амплитуды с блока 25 поступают на блоки изменения комплексных составляющих сигнала 18, 19, результаты которых передаются на блоки мультиплексоров 8, 22, также модуль сигнала с линейного детектора 10 поступает на компаратор 13, результат которого передается на блок логического элемента «И» 15, а с него данные передаются на блоки мультиплексоров 8, 22, в конечном итоге с которых выходит измененный комплексный сигнал.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для защиты от несинхронных импульсных помех (НИП) с целью улучшения характеристик обнаружения полезного эхо-сигнала. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности к НИП в нескольких импульсах пачки одного элемента по дальности, улучшение характеристик обнаружения полезного эхо-сигнала. Способ защиты эхо-сигналов от НИП в приемном канале РЛС, заключающийся в том, что с помощью входящего массива комплексных значений пачечного сигнала формируют: массив с модулями сигнала; массив с фазами; на основе полученного массива модулей сигнала формируют: массив признаков превышения сигнала над шумом; массив отобранных амплитуд модуля сигнала после упорядочивания по критерию р, который выбирается , где М – количество импульсов в пачке; на основе полученного массива отобранных амплитуд модуля сигнала формируют: массив признаков превышения допустимой флуктуации (k_f) относительно среднего значения амплитуд модулей сигнала в элементе по дальности; массив измененного комплексного сигнала, зависящий также от полученных фаз входящего сигнала; после чего, с учетом логически объединенных по «И» признаков превышения сигнала над шумом и признаков превышения допустимой флуктуации, получают массив признаков, формирующий массив комплексного сигнала на выходе алгоритма. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ защиты эхо-сигналов от несинхронных импульсных помех (НИП) в приемном канале радиолокационных станций (РЛС), заключающийся в том, что

с помощью входящего массива комплексных значений пачечного сигнала для каждого элемента по дальности формируем набор M-мерных векторов: синфазную составляющую сигнала I= [I₁,I₂,…,I_M], квадратурную составляющую сигнала Q=[Q₁,Q₂,…Q_M], модуль сигнала D=[D₁,D₂,…,D_M] и фазу сигнал Ф=[φ₁, φ₂, …,φ_M], для каждого элемента по дальности с вектором размерности М определяют:

модуль комплексного сигнала, m=1,2,…,M,

фазу входящего сигнала в каждом периоде

вектор отобранных амплитуд модуля сигнала, путем выбора р-го элемента из элементов вектора D, отсортированных по возрастанию: D⁽¹⁾ ≤D⁽²⁾ ≤….D^(m) ≤D^(p)≤ … ≤D^(M), так, что , если , , где М – количество импульсов в пачке, а р - номер элемента в векторе, прогнозирующем оценку среднего значения;

на основе полученного вектора отобранных амплитуд модуля сигнала формируют:

вектор признаков S превышения допустимой флуктуации (k_f) относительно среднего значения амплитуд модулей сигнала в элементе по дальности, путем сравнения элементов вектора D с пороговыми значениями k_f;

вектор признаков R превышения сигнала над шумом, путем сравнения элементов вектора D с заранее рассчитанными пороговыми значениями по шуму для каждого элемента по дальности;

после чего, с учетом логически объединенных по «И» признаков превышения сигнала над шумом R и признаков превышения допустимой флуктуации S, получают вектор признаков C, формирующий массив комплексного сигнала на выходе полученным вектором признаков С:

2. Устройство защиты эхо-сигналов от несинхронных импульсных помех (НИП) в приемном канале радиолокационных станций (РЛС), реализующее способ по п. 1 и содержащее первую, вторую, третью линии задержки, параллельно подключенные блок линейного детектора и блок расчета фазы, при этом сигнал с блока линейного детектора поступает на входы первого, второго компаратора и блок упорядочивания амплитуд по возрастанию, результат которого передается на блок отбора упорядоченных амплитуд, далее сигнал передается на первый вход блока изменения синфазной составляющей сигнала и первый вход блока изменения квадратурной составляющей сигнала, а на второй вход указанных блоков поступает сигнал из блока расчета фазы, прошедший через вторую линию задержки; сигналы с блоков изменения синфазной составляющей сигнала и изменения квадратурной составляющей сигнала поступают на входы первого и второго мультиплексоров соответственно; на второй вход первого компаратора поступает сигнал с блока порога, а на второй вход второго компаратора поступает сигнал, содержащий признаки превышения допустимой флуктуации, полученный в результате перемножения сигналов с блока отбора упорядоченных амплитуд и блока коэффициента флуктуаций, при этом выходной сигнал первого компаратора, проходя через логический элемент «И», на второй вход которого передается сигнал с выхода второго компаратора, передается на первый и второй мультиплексоры, кроме того, входной комплексный сигнал синфазной составляющей комплексного сигнала поступает через первую линию задержки на вход второго мультиплексора, а входной сигнал квадратурной составляющей комплексного сигнала через третью линию задержки поступает на вход первого мультиплексора, выходные сигналы которых представляют собой измененный комплексный сигнал.