АМПЛИТУДНЫЙ ПЕЛЕНГАТОР ПОСТАНОВЩИКОВ АКТИВНЫХ ПОМЕХ Советский патент 2008 года по МПК G01S3/02 

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации и служит для определения угловых координат постановщиков активных помех (ПАП) в большом диапазоне их мощностей.

Известные в настоящее время применяемые для этой цели устройства [1, 2] могут содержать один или несколько приемных каналов.

Известны одноканальные пеленгаторы, в которых для подавления сигналов боковых лепестков применяются устройства, вырабатывающие регулируемый пороговый уровень [1, 2], играющий ту же роль, что и напряжение на выходе дополнительных каналов многоканального пеленгатора.

Угловые координаты ПАП определяются при сравнении порогового напряжения с напряжением, принятым по основному каналу РЛС.

Центру пакета импульсов, получающихся на выходе устройства сравнения, при превышении напряжения основного канала над пороговым напряжением ставится в соответствие угловая координата пеленгуемого постановщика помех.

Прототипом предложенного устройства является пеленгатор, описанный в патенте № 2074403.

Пеленгатор состоит из последовательно соединенных антенной системы, приемного устройства и детектора-интегратора, к выходу которого параллельно подключены блок памяти и блок усреднения-усиления, подключенные своими выходами ко входам устройства сравнения, которое подключено к счетно-решающему устройству.

Для простоты пояснения работы устройства прототипа допустим, что в зоне обзора пеленгатора, ДН антенной системы которого имеет вид, представленный на фиг.2а (кривая 1), находится один ПАП.

При сканировании по угловой координате (при вращении антенной системы) напряжение на выходе детектора-интегратора будет изменяться так же, как кривая 1 на фиг.2а. Это напряжение будет поступать в блок памяти, где запоминается через интервалы времени τ, меньшее времени t(τ≪t), соответствующего повороту антенной системы на ширину ДН пеленгатора. В конце некоторого промежутка времени Т_у (Т_у≫t≫τ) в блоке усреднения-усиления вырабатывается напряжение (или код напряжения), равное среднему напряжению за период Т_у, увеличенному определенным образом. Это напряжение играет роль порогового напряжения. Увеличение среднего за время Т_у напряжения устанавливается так, чтобы не превышалась заданная вероятность ложного пеленга, обусловленная случайными выбросами диаграммы направленности.

Затем пороговое напряжение последовательно сравнивается с каждым из запомненных через время τ напряжений и, при превышении последнего над пороговым, на выходе устройства сравнения формируется признак наличия пеленга.

Известно, что в области боковых лепестков ДН остронаправленной антенны представляет собой практически стационарный релеевский случайный процесс. В области же, включающей главный лепесток, последний представляет резкую нестационарность. Запомненное в главном лепестке ДН напряжение будет превосходить пороговое, сформированное на интервале, включающем главный лепесток (см. фиг.2а). При этом для каждого из напряжений, превосходящих пороговое, устройство сравнения сформирует на своем выходе признак наличия пеленга - импульс пеленга. Таким образом, сформируется пакет импульсов (см. фиг.2б), ширина которого равна ширине ДН на уровне пересечения ее пороговым уровнем. Центру пакета ставится в соответствие угловая координата пеленгуемого постановщика помех.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая чувствительность пеленгатора по слабым помехам. Покажем это. Эффективное значение напряжения в приемном канале пеленгатора зависит от углового положения антенной системы

, где

- мощность помехи в приемном канале,

P_п - мощность этой помехи при приеме в максимуме главного луча (β=0),

g(β) - нормированная амплитудная диаграмма направленности (ДН) антенны. Для мощных помех σ_п≫σ_o и

Поскольку вне главного луча, т.е. в области бокового излучения.

g(β) - случайная функция (стационарный релеевский процесс), пороговый уровень П должен для формирования заданной вероятности ложных пеленгов F_лп превосходить среднее значение на интервале усреднения Δβ (т.е. за время Т_у).

Таким образом,

Поскольку мощность ПАП априорно неизвестна, коэффициент α от нее не зависит и определяется по статистическим характеристикам функции g(β) из условия

, где

- функция распределения ДН,

σ_g - диспресия функции g(β),

П_о - начальный пороговый уровень, т.е. не зависящий от мощности ПАП

При F_лп=10^-3 α=3. Следовательно и при отсутствии ПАП на устройство сравнения поступает начальный пороговый уровень П_о=3σ_о.

На практике область интегрирования включает главный лепесток ДН, имеющий ширину Δ. Учитывая это, можно уточнить значение начального порога.

Аппроксимируя ДН главного луча параболой

получим

При Δβ=20а из условия пеленга находим

откуда следует, что при α=3 чувствительность системы пеленга прототипа

т.е. около 12 дБ. Без учета вклада в П_о главного луча q_пор≃9 дБ.

Очевидно, чувствительность может быть повышена при сохранении F_лп, если при пеленговании слабых ПАП уменьшать начальный пороговый уровень.

Таким образом, целью изобретения является повышение чувствительности пеленгатора постановщиков активных помех при сохранении уровня вероятности ложных тревог.

Поставленная цель достигается при построении двухпороговой схемы одноканального амплитудного пеленгатора, которая реализуется в результате того, что к выходу блока памяти устройства по патенту № 2074403, взятого за прототип, подключено устройство сравнения с фиксированным порогом, выход которого подключен к первому входу коммутатора, к выходу устройства сравнения подключены первый вход формирователя управляющего сигнала и второй вход коммутатора, к управляющему входу коммутатора подключен выход формирователя управляющего сигнала, ко второму выходу антенной системы подключен датчик углового положения антенны, подключенный ко второму входу формирователя управляющего сигнала, а выход коммутатора подключен ко входу счетно-решающего устройства.

Изложенная сущность будет понятна из нижеследующего описания работы предложенного устройства и приведенных графических материалов.

Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, а предложенного устройства - на фиг.3, где введены обозначения:

1 - антенная система;

2 - приемное устройство;

3 - детектор-интегратор;

4 - блок памяти;

5 - блок усреднения-усиления;

6 - устройство сравнения;

7 - устройство сравнения с фиксированным порогом;

8 - формирователь управляющего сигнала;

9 - коммутатор;

10 - датчик углового положения антенны;

11 - счетно-решающее устройство.

На фиг.2а представлены реальная диаграмма направленности антенны 1 (кривая 1) и сформированный устройством формирования порога пороговый уровень (кривая 2).

На фиг.2б изображен пакет импульсов на выходе устройства сравнения 6, по центру которого определяется угловая координата пеленгуемого ПАП.

На фиг.4, 5, 6 представлены эпюры напряжений, поясняющие работу предложенного устройства.

На фиг.4 отображен случай слабых помех, когда пеленгатор работает в режиме с повышенной чувствительностью.

На фиг.5 и 6 представлены эпюры напряжений в режиме работы устройства прототипа. Фиг.5 - для случая ПАП средней мощности, а фиг.6 - для мощного ПАП.

На фиг.7 представлена одна из возможных функциональных схем формирователя управляющего сигнала (блок 8).

Предлагаемый пеленгатор содержит антенную систему 1, выход которой подключен к приемному устройству 2, подключенному к детектору-интегратору 3, к которому параллельно подключены блок памяти 4 и блок усреднения-усиления 5, подключенные к входам устройства сравнения 6. Выход блока памяти 4 подключен, кроме того, ко входу устройства сравнения с фиксированным порогом 7.

Выход устройства сравнения 6 параллельно подключен к первому входу формирователя управляющего сигнала 8 и ко второму входу коммутатора 9.

К управляющему входу коммутатора 9 подключен выход формирователя управляющего сигнала 8, ко второму входу которого подключен выход датчика углового положения антенны 10, подключенный своим входом ко второму выходу антенной системы 1. Выход коммутатора 9 подключен ко входу счетно-решающего устройства 11.

Предложенное устройство позволяет при сохранении заданного уровня вероятности ложных тревог повысить чувствительность системы пеленга на величину ˜10 дБ, благодаря чему увеличивается дальность действия пеленгатора более чем в 3 раза. Суть предлагаемого изобретения состоит в том, что в случае отсутствия в течение времени оборота антенны помех, превышающих начальный порог (вычисленный для мощных помех), включается фиксированный (неадаптивный) и существенно более низкий порог. Величина последнего определяется только дисперсией напряжения на выходе детектора-интегратора, а не дисперсией ДН. При качественном интегрировании (когда Т_и - постоянная интегрирования, и τ_к - время корреляции процесса связаны соотношением Т_и>10³ τ_к) стационарных собственных шумов дисперсия напряжения на выходе детектора-интегратора менее 3% от среднего, т.е. этот порог может быть менее 1 дБ. Таким образом, выигрыш чувствительности составляет 10-11 дБ.

Поясним работу предложенного устройства.

При отсутствии мощных ПАП в секторе обзора РЛС, когда уровень основного лепестка огибающей ДН меньше 12 дБ, на выходе устройства сравнения 6 будет формироваться напряжение логического нуля (см. фиг.4б), т.к. величина порогового уровня во всем секторе обзора выше величины ДН (см. фиг.4а). Это напряжение подается на первый вход формирователя управляющего сигнала 8, на второй вход блока 8 подаются импульсы с датчика углового положения антенны 10. Импульсы в блоке 10 вырабатываются при поступлении на него с выхода антенной системы команды, сигнализирующей о вращении антенны РЛС.

Если на вход формирователя управляющего сигнала 8 непрерывно в течение времени, соответствующего полному обороту антенны (время полного оборота антенны определяется по количеству импульсов блока 10, выработанных за полный оборот), подается напряжение логического нуля с блока 6, на выходе блока 8 сформируется сигнал уровня логического нуля, при котором через коммутатор 9 вход счетно-решающего устройства 11 соединяется с выходом блока 7 и отсоединяется от выхода блока 6. Это режим пеленга постановщиков слабых помех. В этом режиме работы через коммутатор 9 на счетно-решающее устройство проходит результат сравнения (с устройства 7) напряжения огибающей ДН с фиксированным порогом (см. фиг.4в, г, д).

Система пеленга пеленгует постановщики слабых помех, пеленг которых в обычном режиме работы пеленгатора не наблюдается (см. фиг.4а, б).

При приближении ПАП к РЛС мощность помехи увеличивается и, начиная с некоторого расстояния, она достигает границы чувствительности системы пеленга прототипа. На выходе устройства сравнения 6 (см. фиг.5а, б, 6а, б) в момент превышения диаграммой направленности порогового уровня сформируется пакет импульсов уровня логической единицы. При поступлении напряжения логической единицы на первый вход формирователя управляющего сигнала 8 (см. фиг.7) на его выходе сформируется сигнал уровня логической единицы, при котором счетно-решающее устройство через коммутатор соединяется с выходом блока 6, отсоединяясь при этом от выхода блока 7. Сигналы с выхода устройства сравнения с фиксированным порогом 7 (см. фиг.5в, г, д, 6в, г, д) не будут поступать на вход счетно-решающего устройства 11 все время, пока в секторе обзора находятся постановщики помех, мощность которых выше границы чувствительности пеленгатора прототипа. Это необходимо в целях сохранения заданного уровня вероятности ложных пеленгов. Поскольку мощность постановщика помехи возросла, фиксированный порог уже не решает задачу подавления сигналов боковых лепестков (см. фиг.5в, г, 6в, г).

На вход счетно-решающего устройства 11 через коммутатор 9 поступает сигнал с выхода устройства сравнения 6 (см. фиг.5д, 6д). Это режим пеленга мощных ПАП, аналогичный работе системы пеленга прототипа.

Формирователь управляющего сигнала 8 (фиг.7) выполнен из последовательно соединенных схем НЕ, И, счетчика, дешифратора и триггера, являющегося выходом формирователя управляющего сигнала, при этом вход блока формирователя управляющего сигнала, соединенный с входом блока 6, соединен со входом схемы НЕ и со входом установки нуля счетчика, а другим входом формирователя управляющего сигнала, соединенным с выходом блока 10, служит второй вход схемы И, первый вход которой, соединенный с выходом схемы НЕ, подключен ко второму входу триггера. При поступлении с выхода блока 6 на вход схемы НЕ сигнала уровня логического нуля на первый вход схемы И подается сигнал уровня логической 1, и поэтому импульсы с выхода блока 10 через схему И проходят на счетчик.

Установка нуля счетчика производится сигналом уровня логической 1. Поэтому на счетчике производится счет импульсов датчика углового положения антенны, поступивших за время непрерывного наличия на выходе блока 6 сигнала уровня логического нуля.

При поступлении на счетчик количества импульсов, соответствующих полному обороту антенны на выходе дешифратора образуется сигнал для срабатывания триггера, и на выходе триггера формируется сигнал уровня логического нуля.

При поступлении с выхода блока 6 сигнала уровня логической 1 на 2-й вход триггера подается сигнал уровня логического нуля, по которому триггер срабатывает, и на его выходе формируется сигнал уровня логической 1. Одновременно счетчик устанавливается в нулевое положение.

Представленная на фиг.7 схема формирователя управляющих импульсов, безусловно, не является единственной. Главное требование, предъявленное к возможным схемам формирователей, - выполнение описанных выше функций.

В настоящее время имеются результаты эксперимента, подтверждающие повышение чувствительности одноканального амплитудного пеленгатора при введении двухпороговой схемы. Эксперимент проводился следующим образом. Выставлялся начальный пороговый уровень, при котором наблюдается однозначный пеленг мощного ПАП. При уменьшении мощности постановщика определялась чувствительность одноканального пеленгатора. Она равна 10-11 дБ. Переход при малых мощностях ПАП ко второму пороговому уровню позволял повысить чувствительность пеленгатора до величины 0-1 дБ.

Согласно вышеизложенному предложенное устройство по сравнению с прототипом, одновременно являющимся базовым для предложенного устройства и объектом для сравнения, позволяет получить новый положительный эффект: при сохранении заданного уровня вероятности ложных тревог, чувствительность системы пеленга повышается, благодаря чему дальность пеленга постановщиков активных помех увеличивается более чем в три раза.

Литература

1. С.-Ш.М.Каракаускас, Р.Н.Шабалин, В.Н.Яковлев. Об одном способе подавления сигналов боковых лепестков посадочной РЛС. "Тр.IV Юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Новгородского филиала, Ч.3", Новгород, 1971.

2. Бляхман А.Б., Самарин А.В., Зачепицкий А.А. Амплитудный пеленгатор постановщиков активных помех. Патент РФ № 2074403, кл. G 01 S 3/06, прототип.

Изобретение относится к радиолокации и служит для определения угловых координат постановщиков активных помех (ПАП) в большом диапазоне их мощностей. Технический результат заключается в повышении чувствительности пеленгатора постановщиков активных помех при сохранении уровня вероятности ложных тревог. Для этого в устройство дополнительно введены устройства сравнения с фиксированным порогом, формирователь управляющего сигнала и коммутатор, а также введен датчик угла поворота антенны, антенная система, блок памяти, счетно-решающее устройство, при этом формирователь управляющего сигнала выполнен из последовательно соединенных схем НЕ, И, счетчика, дешифратора и триггера. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Амплитудный пеленгатор постановщиков активных помех по патенту № 2074403, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при сохранении заданного уровня вероятности ложных тревог, в него введены блок сравнения с фиксированным порогом; формирователь управляющего сигнала; коммутатор, датчик угла поворота антенны, причем второй выход антенной системы через датчик углового положения антенны связан с первым входом формирователя управляющего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, выход блока памяти через блок сравнения с фиксированным порогом связан с первым входом коммутатора, выход которого соединен со счетно-решающим блоком, выход блока сравнения соединен со вторыми входами формирователя управляющего сигнала и коммутатора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь управляющего сигнала содержит блок НЕ, блок И, счетчик, дешифратор, триггер, причем первый вход блока И является первым входом формирователя управляющего сигнала, вход блока НЕ является вторым входом формирователя управляющего сигнала, соединенным также со входом "установка нуля" счетчика, выход блока НЕ соединен со вторым входом блока И и первым входом триггера, выход блока И через последовательно соединенные счетчик и дешифратор связан со вторым входом триггера, выход которого является выходом формирователя управляющего сигнала.