Устройство распознавания обзорной радиолокационной станции Российский патент 2024 года по МПК G01S13/50 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга, а также других аналогичных средствах и системах, в которых осуществляется определение вида модуляции радиосигналов источников радиоизлучения (ИРИ) в интересах их последующего распознавания.

Известно устройство определения вида модуляции радиосигналов [1], включающее последовательно соединенные входной полосовой фильтр, параллельно соединенные частотный, фазовый и амплитудный детекторы, выходы которых объединены с последовательно включенными выходным полосовым фильтром и устройством отображения и прослушивания детектированного сигнала данного устройства, осуществляется последовательный перебор имеющихся в приемной аппаратуре демодуляторов и принятие решения о виде модуляции осуществляется на основе, например, воспроизведении без искажений речи с выхода соответствующего демодулятора, наличия телевизионного сигнала, а для цифровых сигналов наличия смысловой информации при выборе соответствующей комбинации демодулятор/декодер.

Недостатком устройства является низкая вероятность распознавания радиолокационной станции (РЛС), функционирующей в режиме обзора, а также то, что принятие решения осуществляется, как правило, оператором по методу визуально-слухового контроля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство определения вида модуляции [2] (прототип), содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр (ПФ) с полосой пропускания, согласованной со спектром сигнала, N каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные первый перемножитель, интегратор, первое вычитающее устройство (ВУ), последовательно соединенные первый блок расчета среднеквадратического значения (СКЗ), второй перемножитель, делитель, при этом второй вход делителя соединен с выходом первого ВУ, а на каждый из вторых входов первых перемножителей, объединенных с входами первых блоков расчета СКЗ в каждом из N каналов обработки поступает опорный сигнал заданного вида, второй блок расчета СКЗ, при этом выход второго блока расчета СКЗ соединен с вторым входом второго перемножителя, а его вход объединен с первыми входами первых перемножителей и выходом ПФ, параллельно включенные последовательно соединенные третьи перемножители и интеграторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго ВУ, выход которого соединен с объединенными вторыми входами первых ВУ и устройства сравнения (УС), выход которого соединен с объединенными вторыми входами коммутаторов, первые входы которых соединены с выходами делителей в каждом из N каналов обработки, при этом второй вход устройства сравнения объединен с первым входом второго ВУ, а первые входы третьих перемножителей объединены с выходом ПФ, при этом второй вход одного из третьих перемножителей объединен с входами вторых блоков расчета СКЗ и выходом ПФ, а второй вход другого третьего перемножителя соединен с входом ПФ и входом устройства, выходы коммутаторов соединены с соответствующими входами N канальной схемы выбора максимума (СВМ).

Недостатком устройства является низкая вероятность распознавания РЛС, функционирующей в режиме обзора.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности распознавания РЛС, функционирующей в режиме обзора за счет автоматического установления факта вращения диаграммы направленности (ДН) антенно-фидерной системы (АФС) РЛС путем выявления периодичности изменения огибающей спектра сигнала РЛС и комплексирования с результатом определения вида модуляции, соответствующего сигналам РЛС, на выходе N канальной СВМ.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные ПФ с полосой пропускания, согласованной со спектром сигнала, N каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные первый перемножитель, интегратор, первое ВУ, последовательно соединенные первый блок расчета СКЗ, второй перемножитель, делитель, при этом второй вход делителя соединен с выходом первого ВУ, а на каждый из вторых входов первых перемножителей, объединенных с входами первых блоков расчета СКЗ в каждом из N каналов обработки поступает опорный сигнал заданного вида, второй блок расчета СКЗ, при этом выход второго блока расчета СКЗ соединен с вторым входом второго перемножителя, а его вход объединен с первыми входами первых перемножителей и выходом ПФ, параллельно включенные последовательно соединенные третьи перемножители и интеграторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго ВУ, выход которого соединен с объединенными вторыми входами первых ВУ и первого УС, выход которого соединен с объединенными вторыми входами коммутаторов, первые входы которых соединены с выходами делителей в каждом из N каналов обработки, при этом второй вход первого УС объединен с первым входом второго ВУ, а первые входы третьих перемножителей объединены с выходом ПФ, при этом второй вход одного из третьих перемножителей объединен с входами вторых блоков расчета СКЗ и выходом ПФ, а второй вход другого третьего перемножителя соединен с входом ПФ и входом устройства, выходы коммутаторов соединены с соответствующими входами N канальной СВМ, при этом дополнительно введены последовательно соединенные регистр хранения номеров видов модуляций, соответствующих сигналам РЛС и используемых, в числе прочих, в качестве опорных сигналов для определения вида модуляции, второе УС, четвертый перемножитель, при этом первый вход второго УС соединен с выходом N канальной СВМ, устройство установления факта вращения ДН вход которого соединен с выходом ПФ, а выход с вторым входом четвертого перемножителя, выход которого является выходом устройства.

Дополнительно введенное устройство установления факта вращения ДН включает последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), перемножитель, цифровой фильтр нижних частот (ЦФНЧ), первый процессор быстрого преобразования Фурье (БПФ), блок выделения максимума спектра (БВМС), накопитель, второй процессор БПФ, первое пороговое устройство (ПУ), счетчик импульсов, второе ПУ, при этом вход АЦП соединен с выходом ПФ, а выход второго ПУ с вторым входом четвертого перемножителя, кроме того, второй вход второго ПУ соединен с выходом регистра хранения единицы, второй вход первого ПУ соединен с выходом регистра хранения уровня порога, а второй вход перемножителя соединен с выходом опорного генератора (ОГ).

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введенное устройство установления факта вращения ДН включающее последовательно соединенные АЦП, перемножитель, ЦФНЧ, первый процессор БПФ, БВМС, накопитель, второй процессор БПФ, первое ПУ, счетчик импульсов, второе ПУ, при этом вход АЦП соединен с выходом ПФ, а выход второго ПУ с вторым входом четвертого перемножителя, кроме того, второй вход второго ПУ соединен с выходом регистра хранения единицы, второй вход первого ПУ соединен с выходом регистра хранения уровня порога, а второй вход перемножителя соединен с выходом ОГ, обеспечивает преобразование входного процесса в виде аддитивной смеси полезного сигнала и гауссового шума с выхода ПФ во временную последовательность отсчетов, а перемножитель в совокупности с ОГ обеспечивают их перенос в область нулевой промежуточной частоты (ПЧ) с последующей низкочастотной (НЧ) фильтрацией и преобразованием временной последовательности отсчетов входного процесса в спектральную область. После чего, вновь введенный, БВМС обеспечивает выделение максимального значения спектра, а накопитель осуществляет последовательную запись всех максимумов спектра, поступающих из БВМС. В результате чего в случае функционирования РЛС в режиме обзора сигнал на выходе накопителя будет представлять собой квазигармоническое колебание, обусловленное изменением пространственного положения (вращением) ДН АФС РЛС и соответственно, периодическим изменением уровня огибающей спектра сигнала. Следовательно, спектр такого квазигармонического колебания будет образован одной спектральной составляющей, что является признаком вращения ДН АФС РЛС. Автоматическое установление факта вращения ДН АФС РЛС основано на сравнении амплитуды спектральной составляющей полученного квазигармонического колебания с заданным уровнем порога и подсчете числа импульсов превышения. В случае если импульс единичный, то принимается решение об установлении факта вращения ДН, в противном случае – об отсутствии вращения. Полученный результат в виде логической единицы (в случае если установлен факт вращения) комплексируется с результатом сравнения во втором УС номера вида модуляции на выходе СВМ с записанными в регистре хранения номерами видов модуляций, соответствующих сигналам РЛС. При положительных решениях в обоих случаях принимается решение о распознавании обзорной РЛС, чем и достигается технический результат.

Поэтому введенные блоки обеспечивают автоматическое установления факта вращения ДН АФС обзорной РЛС путем выявления периодичности изменения огибающей спектра ее сигнала и комплексирования с результатом определения вида модуляции, соответствующего сигналам РЛС, на выходе N канальной СВМ, тем самым повышая вероятность распознавания РЛС, функционирующей в режиме обзора.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства распознавания обзорной РЛС, на фиг. 2 показана функциональная схема устройства установления факта вращения ДН.

Устройство распознавания обзорной РЛС состоит из ПФ 1, N каналов обработки 12.n, где n=1, 2, …, N, двух третьих перемножителей 2.3, четвертого перемножителя 2.4, двух интеграторов 3, второго ВУ 5.2, первого устройства сравнения 7.1, второго устройства сравнения 7.2, N коммутаторов 8, N канального СВМ 9, устройства установления факта вращения ДН 10, регистратора хранения номеров видов модуляций 11.

Каждый N-ый канал обработки 12.n состоит из первого перемножителя 2.1, второго перемножителя 2.2, интегратора 3, первого блока расчета СЛЗ 4.1, второго блока расчета СЛЗ 4.2, первого ВУ 5.1, делителя 6.

Устройство установления факта вращения ДН 10 состоит из
АЦП 10.1, перемножителя 10.2, ОГ 10.3, ЦФНЧ 10.4, первого процессора БПФ 10.5, БВМС 10.6, накопителя 10.7, второго процессора БПФ 10.8, первого ПУ 10.9 регистратора хранения уровня порога 10.10, счетчика импульсов 10.11, второго ПУ 10.12, регистра хранения единицы 10.13.

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

Опорный генератор может быть выполнен по схеме, приведенной в (см., например, в кн. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Под редакцией Н.Н. Фомина. – 3-е издание, стереотип. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007, рис. 7.20, с.329).

Интеграторы, перемножители, ВУ, ПУ, блоки расчета СКЗ, устройства сравнения, регистр хранения номеров видов модуляций, регистр хранения единицы, N канальная СВМ, УФНЧ, БВМС, процессоры БПФ, накопитель и счетчик импульсов могут быть выполнены на программируемых логических интегральных микросхемах (ПЛИС), цифровых сигнальных процессорах (DSP) (например, ПЛИС серии FPGA Cyclone III фирмы ALTERA, DSP TS101S фирмы Analog Devices и DDC GC4016).

Устройство распознавания обзорной РЛС содержит последовательно соединенные ПФ 1 с полосой пропускания, согласованной со спектром сигнала, N каналов обработки 12.n, каждый из которых включает последовательно соединенные первый перемножитель 2.1, интегратор 3, первое ВУ 5.1, последовательно соединенные первый блок расчета СКЗ 4.1, второй перемножитель 2.2, делитель 6, при этом второй вход делителя 6 соединен с выходом первого ВУ 5.1, а на каждый из вторых входов первых перемножителей 2.1, объединенных с входами первых блоков расчета СКЗ 4.1 в каждом из N каналов обработки 12.n поступает опорный сигнал заданного вида, второй блок расчета СКЗ 4.2, при этом выход второго блока расчета СКЗ 4.2 соединен с вторым входом второго перемножителя 2.2, а его вход объединен с первыми входами первых перемножителей 2.1 и выходом ПФ 1, параллельно включенные последовательно соединенные третьи перемножители 2.3 и интеграторы 3, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго ВУ 5.2, выход которого соединен с объединенными вторыми входами первых ВУ 5.1 и первого УС 7.1, выход которого соединен с объединенными вторыми входами коммутаторов 8, первые входы которых соединены с выходами делителей 6 в каждом из N каналов обработки, при этом второй вход первого УС 7.1 объединен с первым входом второго ВУ 5.2, а первые входы третьих перемножителей 2.3 объединены с выходом ПФ 1, при этом второй вход одного из третьих перемножителей 2.3 объединен с входами вторых блоков расчета СКЗ 4.2 и выходом ПФ 1, а второй вход другого третьего перемножителя 2.3 соединен с входом ПФ 1 и входом устройства, выходы коммутаторов 8 соединены с соответствующими входами N канальной СВМ 9, согласно изобретению дополнительно введены последовательно соединенные регистр хранения номеров видов модуляций 11, соответствующих сигналам РЛС и используемых, в числе прочих, в качестве опорных сигналов для определения вида модуляции, второе УС 7.2, четвертый перемножитель 2.4, при этом первый вход второго УС 7.2 соединен с выходом N канальной СВМ 9, устройство установления факта вращения ДН 10 вход которого соединен с выходом ПФ 1, а выход с вторым входом четвертого перемножителя 2.4, выход которого является выходом устройства.

Дополнительно введенное устройство установления факта вращения ДН 10 включает последовательно соединенные АЦП 10.1, перемножитель 10.2, ЦФНЧ 10.4, первый процессор БПФ 10.5, БВМС 10.6, накопитель 10.7, второй процессор БПФ 10.8, первое ПУ 10.9, счетчик импульсов 10.11, второе ПУ 10.12, при этом вход АЦП 10.1 соединен с выходом ПФ 1, а выход второго ПУ 10.12 с вторым входом четвертого перемножителя 2.4, кроме того, второй вход второго ПУ 10.12 соединен с выходом регистра хранения единицы 10.13, второй вход первого ПУ 10.9 соединен с выходом регистра хранения уровня порога 10.10, а второй вход перемножителя 10.2 соединен с выходом ОГ 10.3.

Работа устройства распознавания обзорной РЛС отличается от работы устройства определения вида модуляции [2], взятого за прототип, тем, что с началом работы устройства на первый вход дополнительно введенного устройства установления факта вращения ДН 10 одновременно с входами N каналов обработки 12.n поступает аддитивная смесь полезного сигнала и шума с выхода ПФ 1 в виде , где сразу поступает на вход АЦП 10.1. В АЦП 10.1 осуществляется преобразование входного процесса в виде аддитивной смеси полезного сигнала и шума в временную последовательность отсчетов, которая имеет вид , где - номер отсчета. С выхода АЦП 10.1 временная последовательность отсчетов с помощью перемножителя 10.2 и ОГ 10.3 переносятся в область нулевой ПЧ с последующей НЧ фильтрацией с помощью ЦФНЧ 10.4. После этого, временная последовательность отсчетов входного процесса на нулевой ПЧ подается на вход первого процессора БПФ 10.5 в котором осуществляется ее преобразование из временной области в спектральную. С выхода первого процессора БПФ 10.5 совокупность спектральных отсчетов входного процесса , которая принимает вид , где M – количество спектральных отсчетов, поступает на вход БВМС 10.6 в котором осуществляется определение максимального уровня из всех спектральных составляющих данной выборки, а затем в накопителе 10.7 производится запись этого значения. После чего, для следующей выборки спектральных отсчетов процедура повторяется и, таким образом, в накопителе 10.7 осуществляется последовательная запись максимальных уровней спектра из, следующих друг за другом, выборок спектральных отсчетов . В результате чего, в случае функционирования РЛС в режиме обзора сигнал на выходе накопителя 10.7 будет формироваться напряжение, представляющее собой квазигармоническое колебание, обусловленное изменением пространственного положения ДН АФС РЛС и соответственно, периодическим изменением уровня огибающей спектра сигнала на выходе первого процессора БПФ 10.5. При этом, спектр такого квазигармонического колебания будет образован одной спектральной составляющей, что будет являться признаком вращения ДН АФС РЛС. Для этого напряжение с выхода накопителя 10.7 поступает на вход второго процессора БПФ 10.8, с выхода которого спектр выходного напряжения накопителя 10.7 подается на вход первого ПУ 10.9, где сравнивается уровень спектра с заданным уровнем порога, поступающего с выхода регистра хранения уровня порога 10.10. В случае если в первом ПУ 10.10 порог превышен, то с его выхода подается импульс с уровнем логической единицы на вход счетчика импульсов 10.11, который подсчитывает их количество. Если спектр квазигармонического колебания на выходе второго процессора БПФ 10.8 будет образован одной спектральной составляющей, что является признаком вращения ДН АФС РЛС, то на счетчик импульсов 10.11 придет один импульс, в противном случае большее количество. Поэтому с выхода счетчика импульсов 10.11 накопленное количество импульсов подается на первый вход второго ПУ 10.12, в котором оно сравнивается с единицей, поступающей с выхода регистра хранения единицы 10.13. В случае, если количество импульсов с выхода счетчика импульсов 10.11 равно единице, то автоматически принимается решение о установление факта вращения ДН АФС РЛС и напряжение с уровнем логической единицы поступает на выход устройства установления факта вращения ДН 10 и, соответственно, на второй вход четвертого перемножителя 2.4. При этом, с выхода N канальной СВМ на первый вход второго УС 7.2 подается номер вида модуляции, определенный в соответствии с алгоритмом, описанным в устройстве прототипе. На второй вход второго УС 7.2 с выхода регистра хранения номеров видов модуляций 11 последовательно поступают номера, соответствующие типовым видам модуляций обзорных РЛС, и сравниваются с номером вида модуляции с выхода N канальной СВМ 9. При их совпадении с выхода второго УС 7.2 на первый вход четвертого перемножителя 2.4 подается сигнал логической единицы и, соответственно, при наличии на его втором входе аналогичного сигнала на выход устройства поступает сигнал логической единицы, который свидетельствует об автоматическом принятии решения о распознавании обзорной РЛС, тем самым, повышается вероятность распознавания РЛС, функционирующей в режиме обзора, чем и достигается заявленный технический результат.

Источники информации

1. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / под ред. А.М. Рембовского. – М.: Горячая линия-Телеком, 2006. – с. 202, 208.

2. Патент № 2796588 Российская Федерация, МПК H04B 1/10 (2006.01). Устройство определения вида модуляции: № 2022121362: заявл. 03.08.2022, опубл. 26.05.2023 / Бубеньщиков А.А., Дудариков О.Б., Архипов Р.Б., Сидоренко И.А., Яценко Б.М., Нейно А.А. – 11 с. : ил. – Текст: непосредственный.

3. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Под редакцией Н.Н. Фомина. – 3-е издание, стереотип. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007, рис. 7.20, с. 329.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиомониторинга. Технический результат - повышение вероятности распознавания радиолокационной станции, функционирующей в режиме обзора. Такой результат обеспечивается за счет того, что в устройстве распознавания дополнительно устанавливают факт вращения диаграммы направленности антенно-фидерной системы радиолокационной станции и комплексируют с результатом определения вида модуляции, соответствующего сигналам радиолокационной станции, на выходе N канальной схемы выбора максимума. 2 ил.

Устройство распознавания обзорной РЛС, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр с полосой пропускания, согласованной со спектром сигнала, N каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные первый перемножитель, интегратор, первое вычитающее устройство, последовательно соединенные первый блок расчета среднеквадратического значения, второй перемножитель, делитель, при этом второй вход делителя соединен с выходом первого вычитающего устройства, а на каждый из вторых входов первых перемножителей, объединенных с входами первых блоков расчета среднеквадратического значения в каждом из N каналов обработки, поступает опорный сигнал заданного вида, второй блок расчета среднеквадратического значения, при этом выход второго блока расчета среднеквадратического значения соединен с вторым входом второго перемножителя, а его вход объединен с первыми входами первых перемножителей и выходом полосового фильтра, параллельно включенные последовательно соединенные третьи перемножители и интеграторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго вычитающего устройства, выход которого соединен с объединенными вторыми входами первых вычитающих устройств и первого устройства сравнения, выход которого соединен с объединенными вторыми входами коммутаторов, первые входы которых соединены с выходами делителей в каждом из N каналов обработки, при этом второй вход первого устройства сравнения объединен с первым входом второго вычитающего устройства, а первые входы третьих перемножителей объединены с выходом полосового фильтра, при этом второй вход одного из третьих перемножителей объединен с входами вторых блоков расчета среднеквадратического значения и выходом полосового фильтра, а второй вход другого третьего перемножителя соединен с входом полосового фильтра и входом устройства, выходы коммутаторов соединены с соответствующими входами N канальной схемы выбора максимума, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные регистр хранения номеров видов модуляций, второе устройство сравнения, четвертый перемножитель, при этом первый вход второго устройства сравнения соединен с выходом N канальной схемы выбора максимума, устройство установления факта вращения диаграммы направленности, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход со вторым входом четвертого перемножителя, выход которого является выходом устройства, при этом устройство установления факта вращения диаграммы направленности включает последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, перемножитель, цифровой фильтр нижних частот, первый процессор быстрого преобразования Фурье, блок выделения максимума спектра, накопитель, второй процессор быстрого преобразования Фурье, первое пороговое устройство, счетчик импульсов, второе пороговое устройство, имеющие связи между собой: вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом полосового фильтра, а выход второго порогового устройства с вторым входом четвертого перемножителя, кроме того, второй вход второго порогового устройства соединен с выходом регистра хранения единицы, второй вход первого порогового устройства соединен с выходом регистра хранения уровня порога, а второй вход перемножителя соединен с выходом опорного генератора.