Способ приема импульсных сигналов систем управления воздушным движением в условиях многолучевого распространения Российский патент 2025 года по МПК H04B1/10 H04B1/711 G01S7/292 

Изобретение относится к активной радиолокации и может быть использовано в запросчиках радиолокационной системы активного запроса-ответа, устанавливаемых на подвижные объекты - носители, работающих по целеуказаниям от внешних систем по объектам, оборудованным радиолокационными ответчиками и работающим в условиях многолучевого распространения сигналов.

Из уровня техники известен радиолокационный способ обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем (патент RU №2542724, МПК: G01S 7/292, опубл. 27.02.2015), в котором выполняют обработку принятых импульсных сигналов с последующим пороговым принятием решения об их наличии или отсутствии, при этом вычисляют значения порогов принятия решений и устанавливают их в пороговых устройствах каналов обнаружения. Формируют два канала обнаружения - оптимальный канал и канал медианной фильтрации, работающих независимо друг от друга, при этом в оптимальном канале выполняют усреднение поступающих отсчетов принятых сигналов, а в канале медианной фильтрации выполняют их обработку медианным фильтром, после чего для каждого канала обнаружения вычисляют значение разности отсчетов и сравнивают его со значением порога принятия решения, в качестве которого для оптимального канала используют константу, которая определяется эмпирически и зависит от крутизны фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов, а для канала медианной фильтрации - переменную величину, зависящую от уровня шума в каналах. После этого принимают решение о наличии или отсутствии сигналов, при этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется в обоих каналах обнаружения.

Недостатком данного метода является его незащищенность от влияния отраженных из-за многолучевого распространения или налагающихся сигналов других ответчиков. Приведенный метод не позволяет оперативно оценивать амплитуды приходящих сигналов с целью их разделения, что приводит к сбоям в приеме информации.

Из уровня техники известен способ автоматической сегментации полутонового изображения по форме яркостной гистограммы (патент RU №2148858, МПК: G06K 9/00, опубл. 10.05.2000), в котором анализируется гистограмма яркости изображения, определяется унимодальный или бимодальный тип исходной яркостной гистограммы и вычисляется пороговый уровень яркости, обладающий свойством разделения бимодальной гистограммы на два унимодальных фрагмента, а также в обратном переходе от фрагментов гистограммы к сегментам изображения.

Данный способ принят за прототип для заявляемого изобретения с учетом его приложения к приему ответных сигналов системы управления воздушным движением для устойчивого выделения информации сигнала, имеющего наибольшую амплитуду.

Техническая проблема, решаемая созданием данного изобретения, заключается в сложности определения величины порога, позволяющего выделить искомый сигнал, для условий многолучевого распространения, когда из-за наличия вблизи пути прохождения исходного сигнала какой-либо отражающей поверхности (например, земной поверхности, стены здания и т.д.) возникает альтернативный путь распространения, приводящий к появлению ложного сигнала меньшей амплитуды и задержанного относительно исходного. В таком случае на выходе приемника присутствуют два сигнала одинаковой структуры сдвинутые друг относительно друга, которые очень сложно разделить, при этом наличие второго (отраженного) сигнала в большинстве случаев мешает правильному выделению информации из полезного сигнала.

Технический результат заявляемого изобретения направлен на создание способа оперативного определения уровня порога, позволяющего отделить полезный сигнал от его отраженных копий, появившихся вследствие многолучевого распространения сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что способ приема импульсных сигналов систем управления воздушным движением в условиях многолучевого распространения включает в себя построение и анализ гистограммы амплитуд смеси сигналов, получаемых с выхода приемного устройства, определение унимодального или бимодального типа исходной гистограммы и вычисление порогового уровня, обладающего свойством разделения бимодальной гистограммы на два унимодальных фрагмента. При этом он отличается от прототипа тем, что используют два порога для обнаружения начала и конца импульса соответственно, расположенные симметрично минимума полученной бимодальной гистограммы, лежащего между ее максимумами.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе приема импульсных сигналов систем управления воздушным движением в условиях многолучевого распространения производится анализ амплитуд сигналов, полученных с выхода приемного устройства, строится гистограмма их распределения и определяется наличие в принятой последовательности отраженной копии полезного сигнала - если присутствует только полезный сигнал, то гистограмма является унимодальной, то есть имеет только один максимум, если вместе с полезным сигналом присутствует также переотраженный, то гистограмма является бимодальной, то есть имеет два максимума. Если присутствует отраженный сигнал и гистограмма является бимодальной, то порог выставляется между максимумами гистограммы вблизи от точки минимальной амплитуды. Причем, для исключения сбоев в приеме импульсов, вместо одного порога в точке минимума, выставляется два, первый больше, второй меньше исходного на величину константы, подбираемой при отработке. Первый порог используется для определения момента прихода импульса и фиксирует только его фронт, второй порог используется для определения момента окончания импульса и фиксирует только его спад. Таким образом, благодаря использованию эффекта гистерезиса (разнесению порогов фронта и спада) удается избежать ложных срабатываний и просечек импульсов принимаемого полезного сигнала.

В качестве входных данных для реализации способа приема импульсных сигналов систем управления воздушным движением в условиях многолучевого распространения используются данные, непосредственно снимаемые с аналого-цифрового преобразователя приемника.

Работа указанного способа основана на построении гистограммы амплитуд принимаемых сигналов, их анализе, вычислении и выставлении порога оптимальной величины на все время дальнейшего приема ответных сигналов и проиллюстрирована на фиг. 1 и фиг. 2.

На фиг. 1. представлен общий вид импульсного сигнала системы управления воздушным движением в случае наличия многолучевого распространения. Отраженные от земли или других поверхностей сигналы задержаны относительно основного сигнала и имеют меньшую амплитуду, при этом за счет их наложения на основной сигнал разделение получившейся смеси в обычном пороговом устройстве в большинстве случаев не представляется возможным. Средние уровни амплитуд основного и отраженного сигналов обозначены как А1 и А2 соответственно. Уровни порогов Р_верх и Р_нижн, обеспечивающие надежное разделение сигналов, располагаются между А1 и А2 и обеспечивают гистерезис при обнаружении импульсов (начало импульса фиксируется при превышении порога Р_верх, а окончание при снижении ниже Р_нижн).

На фиг. 2 представлен общий вид бимодальной гистограммы амплитуд для сигнала, приведенного на фиг. 1. Из-за наличия отраженного сигнала гистограмма имеет два явно выраженных максимума, соответствующих амплитудам А1 и А2, наилучшее разделение сигналов обеспечивает симметричное расположение порогов Р_верх и Р_нижн относительно локального минимума между «горбами» гистограммы, обозначенного как A_min.

Предлагаемый способ приема импульсных сигналов работает в несколько этапов, включающих в себя:

1 - накопление данных для построения гистограммы;

2 - сглаживание гистограммы;

3 - поиск максимумов гистограммы;

4 - вычисление оптимального порога;

5 - дальнейший прием сигналов.

Этап 1: для накопления данных об амплитудном распределении излучается ряд запросных сигналов. После излучения каждого запроса осуществляется запись кодов амплитуды ответных сигналов, получаемых с выхода приемного устройства, в течение некого интервала, внутри которого ожидается их наличие. После чего проводится построение гистограммы амплитуд смеси принятых сигналов.

Этап 2: для более эффективного поиска максимумов и снижения влияния шума гистограмма сглаживается путем фильтрации в скользящем окне.

Этап 3: производится поиск максимумов сглаженной гистограммы AhistF. Если обнаружен только один максимум, то гистограмма является унимодальной, и в применении данного способа нет необходимости, а дальнейшая обработка может проводиться любым из известных способов приема импульсных сигналов. Если обнаружено два максимума, то гистограмма является бимодальной и последовательно выполняются этапы 4 и 5.

Этап 4: производится вычисление оптимального порога, для этого между кодами амплитуды двух максимумов, обозначенных на фиг. 2 как А1 и А2, производится поиск локального минимума, обозначенного как A_min. После чего вычисляются величины порогов:

где К - константа, выбираемая в диапазоне от 0 до 0.5 и определяющая величину гистерезиса при приеме импульсов. Выбор конкретной величины константы К определяется требуемым балансом между вероятностью сбоя из-за воздействия отраженного сигнала, когда К=0 (гистерезис отсутствует), и вероятностью пропуска импульсов, когда К=0.5 (гистерезис максимальный).

Этап 5: осуществляется излучение запросных и прием ответных сигналов, причем выделение импульсов осуществляется следующим образом: переход из ноля в единицу на выходе обнаружителя прихода импульсов осуществляется, если сигнал превышает порог Р_верх, переход из единицы в ноль на выходе обнаружителя прихода импульсов осуществляется, если сигнал становится меньше порога Р_нижн.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет выполнять оперативную выработку оптимальной величины порога обнаружения сигналов, позволяющего исключить ложные импульсы, появившиеся в результате многолучевого распространения с последующим подтверждением правильности приема информации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в активной радиолокации при обнаружении и выделении информации из ответов цели в условиях многолучевого распространения сигнала. Технический результат заключается в создании способа оперативного определения уровня порога, позволяющего отделить полезный сигнал от его отраженных копий, появившихся вследствие многолучевого распространения сигнала. Заявленный способ включает построение и анализ гистограммы амплитуд смеси сигналов, получаемых с выхода приемного устройства, определение унимодального или бимодального типа исходной гистограммы и вычисление порогового уровня, обладающего свойством разделения бимодальной гистограммы на два унимодальных фрагмента. При этом используют два порога для обнаружения начала и конца импульса соответственно, расположенные симметрично минимума полученной бимодальной гистограммы, лежащего между ее максимумами. 2 ил.

Способ приема импульсных сигналов систем управления воздушным движением в условиях многолучевого распространения, в котором строится и анализируется гистограмма амплитуд смеси сигналов, получаемых с выхода приемного устройства, определяется унимодальный или бимодальный тип исходной гистограммы и вычисляется пороговый уровень, обладающий свойством разделения бимодальной гистограммы на два унимодальных фрагмента, отличающийся тем, что используют два порога для обнаружения начала и конца импульса соответственно, расположенные симметрично минимума полученной бимодальной гистограммы, лежащего между ее максимумами.