Адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов ИРИ, размещенных на подвижных носителях Российский патент 2024 года по МПК G01S13/56 G01S7/02 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга, радиопеленгаторах, а также аналогичных средствах и системах, в которых осуществляется обнаружение радиосигналов источников радиоизлучения (ИРИ) в условиях шумов неизвестной интенсивности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является устройство - адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов цифрового панорамного приемника модульного типа [патент РФ №2524551, H04B 1/10, 2014], содержащий основной канал обнаружения, включающий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый и второй квадратурные фазовые детекторы (КФД), косинусно-синусный генератор (КСГ), первый и второй интеграторы, первый и второй квадратичные детекторы (КД), сумматор и первое пороговое устройство (ПУ), при этом объединенные первые входы первого и второго КФД соединены с выходом АЦП первый вход которого является входом устройства, вторые входы первого и второго КФД соединены, соответственно, с выходами квадратурных составляющих (синусной и косинусной) опорной частоты КСГ и входом блока формирования частоты дискретизации выход которого соединен со вторым входом АЦП, выходы первого и второго КФД соединены с входами первого и второго интеграторов, соответственно, выходы первого и второго интеграторов соединены, соответственно, с входами первого и второго КД, выходы которых подключены к первому и второму входам сумматора, соответственно, выход которого соединен с объединенными первыми входами блока вычитания и первого ПУ, соответственно, дополнительный канал обнаружения, состоящий из последовательно соединенных третьего КД и третьего интегратора, при этом вход дополнительного канала соединен с объединенными входами первого и второго КФД и выходом АЦП, а выход соединен со вторым входом блока вычитания, выход которого подключен ко второму входу первого ПУ, последовательно соединенные регистр хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала и блока вычисления нижнего уровня порога обнаружения, последовательно соединенные регистр хранения коэффициента достоверности и блока вычисления верхнего уровня порога обнаружения, переключатель, второе ПУ, индикатор и программируемый интерфейс, вход которого подключен к шине управления панорамного радиоприемника; первый и второй выходы программируемого интерфейса подключены к регистру хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала и регистру хранения коэффициента достоверности, соответственно, третий выход программируемого интерфейса соединен с индикатором, первый вход переключателя подключен к выходу первого ПУ, второй и третий входы переключателя соединены, соответственно, с выходами блоков вычисления нижнего и верхнего уровней порога обнаружения, выход переключателя соединен со вторым входом второго ПУ, первый вход которого подключен к выходу третьего интегратора, выход второго ПУ является выходом устройства.

Недостатком устройства является большая длительность принятия решения о подвижности ИРИ вследствие принятия решения человеком-оператором методом визуально-слухового контроля изменения уровня сигнала.

Техническим результатом изобретения является сокращение времени принятия решения о подвижности ИРИ за счет автоматической фиксации момента перехода уровня сигнала ИРИ, являющегося стационарным случайным процессом для неподвижного ИРИ с постоянной мощностью излучения на фоне шумов в канале приема, в нестационарное состояние и отслеживания нахождения его в этом состоянии путем вычисления циклической автокорреляционной функции (АКФ) уровня сигнала и непрерывном сравнении модуля ее изменения с порогом принятия решения с последующим отслеживанием стабильности нахождения циклической АКФ в нестационарном состоянии, что свидетельствует о перемещении ИРИ относительно обнаружителя.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее основной канал обнаружения, включающий последовательно соединенные АЦП, первый и второй КФД, КСГ, первый и второй интеграторы, первый и второй КД, сумматор и первое ПУ, при этом объединенные первые входы первого и второго КФД соединены с выходом АЦП первый вход которого является входом устройства, вторые входы первого и второго КФД соединены, соответственно, с выходами квадратурных составляющих (синусной и косинусной) опорной частоты КСГ и входом блока формирования частоты дискретизации выход которого соединен со вторым входом АЦП, выходы первого и второго КФД соединены с входами первого и второго интеграторов, соответственно, выходы первого и второго интеграторов соединены, соответственно, с входами первого и второго КД, выходы которых подключены к первому и второму входам сумматора, соответственно, выход которого соединен с объединенными первыми входами блока вычитания и первого ПУ, соответственно, дополнительный канал обнаружения, состоящий из последовательно соединенных третьего КД и третьего интегратора, при этом вход дополнительного канала соединен с объединенными входами первого и второго КФД и выходом АЦП, а выход соединен со вторым входом блока вычитания, выход которого подключен ко второму входу первого ПУ, последовательно соединенные регистр хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала и блока вычисления нижнего уровня порога обнаружения, последовательно соединенные регистр хранения коэффициента достоверности и блока вычисления верхнего уровня порога обнаружения, переключатель, второе ПУ, индикатор и программируемый интерфейс, вход которого подключен к шине управления панорамного радиоприемника; первый и второй выходы программируемого интерфейса подключены к регистру хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала и регистру хранения коэффициента достоверности, соответственно, третий выход программируемого интерфейса соединен с индикатором, первый вход переключателя подключен к выходу первого ПУ, второй и третий входы переключателя соединены, соответственно, с выходами блоков вычисления нижнего и верхнего уровней порога обнаружения, выход переключателя соединен со вторым входом второго ПУ, первый вход которого подключен к выходу третьего интегратора, выход второго ПУ является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные перемножитель, блок оценки среднего значения циклической АКФ, блок оценки изменения циклической АКФ, третье ПУ, накопитель, четвертое ПУ выход которого является вторым выходом устройства, при этом первый вход дополнительно введенного перемножителя соединен с выходом сумматора, а второй вход с выходом второго ПУ и первым выходом устройства, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности ложного принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала, блок вычисления порога принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала выход которого соединен со вторым входом третьего ПУ, а вход регистра хранения значения вероятности ложного принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала с четвертым выходом программируемого интерфейса, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности принятия решения о подвижности ИРИ, блок вычисления порога принятия решения о подвижности ИРИ выход которого соединен со вторым входом четвертого ПУ, а вход регистра хранения значения вероятности принятия решения о подвижности ИРИ соединен с пятым выходом программируемого интерфейса.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введенные последовательно соединенные перемножитель, блок оценки среднего значения циклической АКФ, блок оценки изменения циклической АКФ, третье ПУ, накопитель, четвертое ПУ выход которого является вторым выходом устройства, при этом первый вход дополнительно введенного перемножителя соединен с выходом сумматора, а второй вход с выходом второго ПУ и первым выходом устройства, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности ложного принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала, блок вычисления порога принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала выход которого соединен со вторым входом третьего ПУ, а вход регистра хранения значения вероятности ложного принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала с четвертым выходом программируемого интерфейса, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности принятия решения о подвижности ИРИ, блок вычисления порога принятия решения о подвижности ИРИ, выход которого соединен со вторым входом четвертого ПУ, а вход регистра хранения значения вероятности принятия решения о подвижности ИРИ соединен с пятым выходом программируемого интерфейса, обеспечивают непрерывное вычисление циклической АКФ уровня сигнала, представляющего собой для неподвижного ИРИ с постоянной мощностью излучения стационарный случайный процесс в канале приема на фоне шумов, и последующее сравнение модуля ее изменения с порогом принятия решения с отслеживанием стабильности нахождения циклической АКФ в нестационарном состоянии по количеству положительно принятых решений, что соответствует постоянному изменению уровня сигнала и свидетельствует о перемещении ИРИ относительно обнаружителя, чем и достигается технический результат.

Поэтому введенные согласно изобретению блоки в случае обнаружения сигнала ИРИ обеспечивают вычисление циклической АКФ огибающей входного процесса в виде аддитивной смеси полезного радиосигнала ИРИ и шума на основе перемножения последовательности временных отсчетов огибающей со своей копией, задержанной во времени с помощью цифровой линии задержки с последующим накоплением и усреднением результатов перемножения. Таким образом, осуществляется вычисление циклической АКФ, а затем каждое ее значение сравнивается с предыдущим и вычисляется модуль их отклонения друг от друга, величина которого сравнивается с порогом в дополнительно введенном третьем ПУ при превышении которого принимается решение о переходе АКФ в не стационарное состояние. На выходе дополнительно введенного третьего ПУ формируется напряжение с уровнем логической единицы, которая записывается в накопитель, где накапливается количество превышений порога для данной входной реализации, которое поступает на дополнительно введенное четвертое ПУ для принятия решения о стабильном нахождении АКФ в не стационарном состоянии, что соответствует перемещению ИРИ. Таким образом, это позволяет осуществлять непрерывный контроль нахождения уровня сигнала, как случайного процесса в канале приема, в стационарном состоянии и автоматически принимать решение о выходе из него, что свидетельствует о начале перемещения ИРИ, и, тем самым, сокращается время принятия решения о подвижности ИРИ.

На фиг. 1 представлена функциональная схема адаптивного двухпорогового обнаружителя сигналов ИРИ, размещенных на подвижных носителях, где введены следующие обозначения: 1 - АЦП; 2 - блок формирования частоты дискретизации; 3.1, 3.2 - первый и второй КФД; 4 - КСГ; 5.1, 5.2 - первый и второй интеграторы; 6.1, 6.2 - первый и второй КД; 7 - сумматор; 8 - блок вычитания, 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 - ПУ; 10 - переключатель; 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 - блоки вычисления уровней порогов; 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 - регистры хранения; 13 - программируемый интерфейс; 14 - индикатор; 18 - перемножитель; 19 - блок оценки среднего значения циклической АКФ; 20 - блок оценки изменения циклической АКФ; 21 - накопитель.

На фиг. 2 представлены структурные схемы вариантов исполнения блока вычитания 8, блока оценки среднего значения циклической АКФ 19 и блока оценки изменения циклической АКФ 20.

Блок вычитания 8 включает: 15 - перемножитель; 16 - сумматор; 17 - регистр хранения множителя «-1».

Блок оценки среднего значения циклической АКФ 19 включает: 22.1, 22.2 - перемножители; 23.1 - первая цифровая линия задержки (ЦЛЗ); 24 - накопитель; 25 - регистр хранения коэффициента усреднения.

Блок оценки изменения циклической АКФ 20 включает: 26 - блок вычитания; 23.2 - вторая ЦЛЗ; 27 - блок вычисления модуля.

Назначение элементов устройства ясны из их названия и все элементы могут быть выполнены на основе известных промышленно выпускаемых радиотехнических элементов.

Основной и дополнительный каналы приема, пороговые устройства, блоки вычисления уровней порога, регистры хранения, перемножителя, накопители, ЦЛЗ могут быть выполнены на программируемых логических интегральных микросхемах (например, ПЛИС серии FPGA Cyclone III фирмы ALTERA).

Адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов ИРИ, размещенных на подвижных носителях содержит основной канал обнаружения, включающий последовательно соединенные АЦП 1, первый 3.1 и второй 3.2 КФД, КСГ 4, первый 5.1 и второй 5.2 интеграторы, первый 6.1 и второй 6.2 КД, сумматор 7 и первое ПУ 9.1, при этом объединенные первые входы первого 3.1 и второго 3.2 КФД соединены с выходом АЦП 1 первый вход которого является входом устройства, вторые входы первого 3.1 и второго 3.2 КФД соединены, соответственно, с выходами квадратурных составляющих (синусной и косинусной) опорной частоты КСГ 4 и входом блока формирования частоты дискретизации 2 выход которого соединен со вторым входом АЦП 1, выходы первого 3.1 и второго 3.2 КФД соединены с входами первого 5.1 и второго 5.2 интеграторов, соответственно, выходы первого 5.1 и второго 5.2 интеграторов соединены, соответственно, с входами первого 6.1 и второго 6.2 КД, выходы которых подключены к первому и второму входам сумматора 7, соответственно, выход которого соединен с объединенными первыми входами блока вычитания 8 и первого ПУ 9.1, соответственно, дополнительный канал обнаружения, состоящий из последовательно соединенных третьего КД 6.3 и третьего интегратора 5.3, при этом вход дополнительного канала соединен с объединенными входами первого 3.1 и второго 3.2 КФД и выходом АЦП 1, а выход соединен со вторым входом блока вычитания 8, выход которого подключен ко второму входу первого ПУ 9.1, последовательно соединенные регистр хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала 12.1 и блока вычисления нижнего уровня порога обнаружения 11.1, последовательно соединенные регистр хранения коэффициента достоверности 12.2 и блока вычисления верхнего уровня порога обнаружения 11.2, переключатель 10, второе ПУ 9.2, индикатор 14 и программируемый интерфейс 13, вход которого подключен к шине управления панорамного радиоприемника; первый и второй выходы программируемого интерфейса 13 подключены к регистру хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала 12.1 и регистру хранения коэффициента достоверности 12.2, соответственно, третий выход программируемого интерфейса 13 соединен с индикатором 14, первый вход переключателя подключен к выходу первого ПУ 9.1, второй и третий входы переключателя 10 соединены, соответственно, с выходами блоков вычисления нижнего 11.1 и верхнего 11.2 уровней порога обнаружения, выход переключателя 10 соединен со вторым входом второго ПУ 9.2, первый вход которого подключен к выходу третьего интегратора 14, выход второго ПУ 9.2 является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные перемножитель 18, блок оценки среднего значения циклической АКФ 19, блок оценки изменения циклической АКФ 20, третье ПУ 9.3, накопитель 21, четвертое ПУ 9.4 выход которого является вторым выходом устройства, при этом первый вход дополнительно введенного перемножителя 18 соединен с выходом сумматора 7, а второй вход с выходом второго ПУ 9.2 и первым выходом устройства, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности ложного принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала 12.3, блок вычисления порога принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала 11.3 выход которого соединен со вторым входом третьего ПУ 9.3, а вход регистра хранения значения вероятности ложного принятия решения о не стационарности АКФ уровня сигнала 12.3 с четвертым выходом программируемого интерфейса 13, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности принятия решения о подвижности ИРИ 12.4, блок вычисления порога принятия решения о подвижности ИРИ 11.4 выход которого соединен со вторым входом четвертого ПУ 9.4, а вход регистра хранения значения вероятности принятия решения о подвижности ИРИ 12.4 соединен с пятым выходом программируемого интерфейса 13.

Адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов ИРИ, размещенных на подвижных носителях, работает аналогично прототипу, за некоторым исключением.

В случае принятия решения об обнаружении сигнала на выходе второго ПУ 9.2 формируется сигнал логической единицы, который одновременно поступает на первый выход устройства и второй вход перемножителя 18 в качестве разрешающего сигнала для вычисления циклической автокорреляционной функции в блоке оценки среднего значения циклической АКФ 19. При этом на первый вход перемножителя 18 подаются временные отсчеты квадрата огибающей входного процесса и, при наличии разрешающего сигнала на втором входе, они поступают на вход блока оценки среднего значения циклической АКФ 19. В блоке оценки среднего значения циклической АКФ 19 последовательность временных отсчетов квадрата огибающей входного процесса одновременно подается на вход первого перемножителя 22.1 и вход первой ЦЛЗ 23.1 с длительностью задержки равной одному такту дискретизации. Таким образом произведение последовательности временных отсчетов квадрата огибающей входного процесса и ее копии, сдвинутой во времени на один такт дискретизации, с выхода первого перемножителя 22.1 поступает на вход накопителя 24 с выхода которого сумма произведений подается на второй перемножитель 22.2 в котором осуществляется усреднение значения АКФ уровня сигнала ИРИ с заданным на выходе регистра хранения коэффициента усреднения 25 коэффициентом усреднения. Таким образом на выходе 19 непрерывно формируются средние значения циклической АКФ уровня сигнала ИРИ которые затем подаются на вход блока оценки изменения циклической АКФ 20. В блоке оценки изменения циклической АКФ 20 очередное выборочное среднее значение циклической АКФ уровня сигнала ИРИ сравнивается с предыдущим задержанным в второй ЦЛЗ 23.2 путем вычисления их разности в блоке вычитания 26. После чего осуществляется определение абсолютного значения полученной разности в блоке вычисления модуля 27 путем реализации арифметической операции взятия модуля. С выхода блока оценки изменения циклической АКФ 20 значение модуля разности очередного выборочного среднего значения циклической АКФ уровня сигнала и его предыдущего значения поступает на вход третьего ПУ 9.3 в котором в случае превышения порога формируется сигнал логической единицы и принимается решение о переходе АКФ уровня сигнала в не стационарное состояние, что может свидетельствовать о начале перемещения ИРИ в пространстве относительно обнаружителя. Для подтверждения этой гипотезы сигнал логической единицы с выхода третьего ПУ 9.3 подается в накопитель 21 в котором осуществляется суммирование сигналов логической единицы с выхода третьего ПУ 9.3. С выхода накопителя 21 на вход четвертого ПУ 9.4 подается численное значение количества превышений порога в третьем ПУ 9.3 и сравнивается с пороговым значением с выхода блока вычисления уровней порогов 11.4 и, в случае его превышения, принимается решение о перемещении ИРИ относительно обнаружителя на основе постоянного изменения циклической АКФ уровня сигнала ИРИ, излучающего с постоянной мощностью, а значение логической единицы поступает на второй выход устройства, чем и достигается заявленный результат.

Адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов источников радиоизлучения, размещенных на подвижных носителях от известных отличается тем, что дополнительно вычисляется циклическая автокорреляционная функция уровня сигнала и непрерывно сравнивается модуль ее изменения с порогом принятия решения с последующим отслеживанием стабильности нахождения циклической автокорреляционной функции в нестационарном состоянии.

Источник информации

1. Патент №2524551 Российская Федерация, МПК G01S 7/10 (2006.01). Адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов цифрового панорамного приемника модульного типа: №2013121176, заявл. 07.05.2013, опубл. 27.07.2014 / Бубеньщиков А.А., Бубеньщиков А.В., Владимиров В.И., Исаев В.В., Немчилов А.В., Лущик Ю.А., Шуваев В.А., Яковлев С.А. - 13 с.: ил. - Текст: непосредственный.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга, радиопеленгаторах, а также аналогичных средствах и системах, в которых осуществляется обнаружение радиосигналов источников радиоизлучения (ИРИ) в условиях шумов неизвестной интенсивности. Техническим результатом изобретения является сокращение времени принятия решения о подвижности источника радиоизлучения за счет автоматической фиксации момента перехода уровня сигнала источника радиоизлучения, являющегося стационарным случайным процессом для неподвижного ИРИ с постоянной мощностью излучения на фоне шумов в канале приема, в нестационарное состояние и отслеживания нахождения его в этом состоянии. В адаптивном двухпороговом обнаружителе сигналов источников радиоизлучения, размещенных на подвижных носителях, дополнительно вычисляется циклическая автокорреляционная функция уровня сигнала и непрерывно сравнивается модуль ее изменения с порогом принятия решения с последующим отслеживанием стабильности нахождения циклической автокорреляционной функции в нестационарном состоянии. 2 ил.

Адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов источников радиоизлучения, размещенных на подвижных носителях, содержащий основной канал обнаружения, включающий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый и второй квадратурные фазовые детекторы, косинусно-синусный генератор, первый и второй интеграторы, первый и второй квадратичный детектор, сумматор и первое пороговое устройство, при этом объединенные первые входы первого и второго квадратурного фазового детектора соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого является входом устройства, вторые входы первого и второго квадратурных фазовых детекторов соединены, соответственно, с выходами квадратурных составляющих (синусной и косинусной) опорной частоты косинусно-синусного генератора и входом блока формирования частоты дискретизации, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго квадратурных фазовых детекторов соединены с входами первого и второго интеграторов, соответственно, выходы первого и второго интеграторов соединены, соответственно, с входами первого и второго квадратичных детекторов, выходы которых подключены к первому и второму входам сумматора, соответственно, выход которого соединен с объединенными первыми входами блока вычитания и первого порогового устройства, соответственно, дополнительный канал обнаружения, состоящий из последовательно соединенных третьего квадратичного детектора и третьего интегратора, при этом вход дополнительного канала соединен с объединенными входами первого и второго квадратурных фазовых детекторов и выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен со вторым входом блока вычитания, выход которого подключен ко второму входу первого порогового устройства, последовательно соединенные регистр хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала и блок вычисления нижнего уровня порога обнаружения, последовательно соединенные регистр хранения коэффициента достоверности и блок вычисления верхнего уровня порога обнаружения, переключатель, второе пороговое устройство, индикатор и программируемый интерфейс, вход которого подключен к шине управления панорамного радиоприемника, первый и второй выходы программируемого интерфейса подключены к регистру хранения заданных значений вероятности обнаружения сигнала и регистру хранения коэффициента достоверности, соответственно, третий выход программируемого интерфейса соединен с индикатором, первый вход переключателя подключен к выходу первого порогового устройства, второй и третий входы переключателя соединены, соответственно, с выходами блоков вычисления нижнего и верхнего уровней порога обнаружения, выход переключателя соединен со вторым входом второго порогового устройства, первый вход которого подключен к выходу третьего интегратора, выход второго порогового устройства является выходом устройства, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные перемножитель, блок оценки среднего значения циклической автокорреляционной функции, блок оценки изменения циклической автокорреляционной функции, третье пороговое устройство, накопитель, четвертое пороговое устройство, выход которого является вторым выходом устройства, при этом первый вход дополнительно введенного перемножителя соединен с выходом сумматора, а второй вход с выходом второго порогового устройства и первым выходом устройства, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности ложного принятия решения о нестационарности автокорреляционной функции уровня сигнала, блок вычисления порога принятия решения о нестационарности автокорреляционной функции уровня сигнала, выход которого соединен со вторым входом третьего порогового устройства, а вход регистра хранения значения вероятности ложного принятия решения о нестационарности автокорреляционной функции уровня сигнала с четвертым выходом программируемого интерфейса, последовательно соединенные регистр хранения значения вероятности принятия решения о подвижности источника радиоизлучения, блок вычисления порога принятия решения о подвижности источника радиоизлучения, выход которого соединен со вторым входом четвертого порогового устройства, а вход регистра хранения значения вероятности принятия решения о подвижности источника радиоизлучения соединен с пятым выходом программируемого интерфейса.