ОБНАРУЖИТЕЛЬ ЭХО-СИГНАЛОВ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ Советский патент 2008 года по МПК G01S13/52 

Предлагаемое устройство относится к области радиолокации, а более конкретно к автоматическим обнаружителям движущихся целей.

Такое устройство может быть применено в РЛС типа CHAP и ПСНР, в случае, когда спектры сигналов, отраженных от целей и помех, в значительной степени перекрываются, а соотношение между мощностями сигналов и помех непрерывно меняется.

Известны устройства селекции движущихся целей, позволяющие автоматически обнаруживать сигналы, отраженные от движущихся целей.

Это устройство, например, патент США №3465336 по классу G01S 9/42. Такое устройство содержит канал выделения полезного сигнала, включающий в себя последовательно соединенные полосовой фильтр, детектор, интегратор, пороговое устройство, канал выделения помехи, включающий в себя последовательно соединенные фильтр помехи, детектор, интегратор; выход которого подключен ко второму входу порогового устройства, выход последнего является общим выходом схемы.

К недостаткам указанного устройства относится отсутствие стабилизации ложных тревог, обусловленных внутренними шумами приемника. Необходимость введения стабилизации ложных тревог за счет внутренних шумов приемника объясняется тем, что в режиме обзора земной поверхности при малых углах скольжения луча из-за эффекта затенения имеют место случаи, когда отражения от земной поверхности отсутствуют. При этой в схеме возможны срабатывания порогового устройства под действием шумов приемника, так как полоса канала выделения полезного сигнала значительно шире полосы канала выделения помехи, и, следовательно, мощность шумов, попадающих в канал выделения сигнала, значительно больше мощности шумов, попадающих в канал выделения шумов.

Есть более совершенное устройство, авт.св. № 1840681 от 10 декабря 1984 года, положительное решение по классу МКИ ³G01S 13/52, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр сигнала, первый детектор, первый фильтр нижних частот и пороговый блок, последовательно соединенные фильтр помехи, второй детектор и второй фильтр нижних частот (ФНЧ), причем соединенные входы полосового фильтра сигнала и фильтра помехи и выход порогового блока являются соответственно входом и выходом устройства, сумматор, а также последовательно соединенные полосовой фильтр шума, третий детектор, третий ФНЧ и блок временной задержки, причем вход полосового фильтра шума соединен со входом устройства, выход второго ФНЧ и выход блока временной задержки соединены через сумматор со вторым входом порогового блока.

К недостаткам указанного устройства относится влияние полезного сигнала на пороговый уровень, что затрудняет обнаружение двух и более рядом расположенных целей. После обнаружения первой цели через время, равное задержке, в канале выделения шума возрастает порог обнаружения. Обнаружение рядом расположенной цели (сигнал от которой приходит следом за сигналом от первой цели) затруднено, если ЭПР предыдущей цели больше или равна ЭПР последующей цели.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения эхо-сигналов близко расположенных целей.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее канал выделения полезного сигнала, на выходе которого установлено пороговое устройство, канал низкочастотной помехи, на выходе которого установлен сумматор, канал формирования шумового порога, причем объединенные входы выше названных каналов и выход порогового устройства являются соответственно входом и выходом обнаружителя, а один из входов порогового устройства подключен к выходу сумматора, введены генератор тактовых импульсов и последовательно соединенные с пороговым устройством регистр сдвига, элемент НЕ-И, элемент И, блок выборки и хранения (БВХ), при этом выход блока временной задержки соединен со вторым входом сумматора через БВХ, выход порогового блока соединен с входом регистра сдвига, выходы разрядов которого соединены через элемент НЕ-И с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом БВХ, выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющим входом регистра сдвига и со вторым входом элемента И.

Использование результата обнаружения цели для фиксации порогового уровня в момент обнаружения позволило исключить влияние полезного сигнала на пороговый уровень и сделать возможным обнаружение двух и более рядом расположенных целей, даже если ЭПР последующей цели меньше, чем у предыдущей.

На чертеже приведена структурная схема одного канала дальности предлагаемого обнаружителя. Обнаружитель содержит канал выделения полезного сигнала, состоящий из последовательно включенных полосового фильтра сигнала 1, первого детектора 2, первого фильтра 3 нижних частот порогового блока 4, канала выделения низкочастотной помехи, состоящего из последовательно включенных фильтра помехи 5, второго детектора 6, второго фильтра 7 нижних частот, канала формирования шумового порога, состоящего из полосового фильтра 8 шума, третьего детектора 9, третьего фильтра 10 нижних частот, блока 11 временной задержки, сумматора 12, причем объединенные входы выше названных каналов и выход порогового блока 4 являются соответственно входом и выходом обнаружителя, один из входов порогового блока 4 подключен к выходу сумматора 12, установленного на выходе канала выделения низкочастотной помехи, содержит генератор 13 тактовых импульсов, а также последовательно соединенные с пороговым блоком 4 регистр 14 сдвига, элемент НЕ-И 15, элемент И 16, блок 17 выборки и хранения, причем выход блока 11 временной задержки соединен со вторым входом сумматора 12 через блок 17 выборки и хранения, выход порогового блока 4 соединен со входом регистра 14 сдвига, выходы которого соединены через элемент 15 НЕ-И с первым входом элемента 16 И, выход которого соединен с управляющим входом блока 17 выборки и хранения, выход генератора 13 тактовых импульсов соединен с управляющим входом регистра 14 сдвига и со вторым входом элемента 16 И.

Предлагаемое устройство может быть реализовано как в цифровом, так и в аналоговом вариантах. Для примера рассмотрим реализацию описываемой схемы в цифровом варианте.

Фильтр помехи, полосовой фильтр сигнала, полосовой фильтр шума реализуются на ФВЧ м ФНЧ с линейной фазовой характеристикой и могут быть построены, например, по классической схеме [1], стр.59, фиг.2.23, где в качестве элементов задержки применены регистры, например, 564ИР6, 564ИР9, 133ИП5, а в качестве сумматоров - микросхемы 564ИМ1, 564ИП3, 133ИМ3, 133ИП3.

Детектирование осуществляется путем анализа знака числа, и далее, если число положительное (знаковый разряд равен "0"), оно передается на выход детектора, если отрицательное (знаковый разряд равен 1), то на выход передается число c обратным знаком. Изменение знака числа осуществляется также, как и при вычитании.

Фильтр низких частот (ФНЧ) представляет собой накапливающий сумматор и содержит в себе регистр (564ИР9, 564ИР6, 133TM7) и сумматор (564ИМ1, 564ИП3, 133ИМ3, 133ИП3). Накопление (интегрирование) начинается с обнуления регистра. Затем входной сигнал ФНЧ, представляющий собой двоичный код, с помощью сумматора прибавляется к содержимому регистра, результат суммирования передается на выход ФНЧ.

Сумматор представляет собой микросхемы 564ИМ1, 564ИП3, 133ИМ3, 133ИП3.

Блок временной задержки может представлять собой регистр сдвига и может быть выполнен на микросхемах 564ИР2, 564ИР6, 564ИР9, 133ИР1, 133ИР13.

Блок выборки и хранения представляет собой регистр, при этом выборка осуществляется подачей импульса на записывающий вход регистра. Могут быть применены, например, регистры 564ИР6, 564ИЕ9, 133TM7.

Регистр сдвига может быть выполнен на микросхемах 564ИР2, 564ИР6, 564ИР9, 133ИР1, 133ИР13.

Элемент НЕ-И представляет собой микросхемы 564ИД1. Элемент И реализуется на микросхемах 109ЛИ1.

Пороговое устройство представляет собой схему сравнения двух чисел. Могут быть применены микросхемы 564ИП2.

Генератор тактовых импульсов может быть реализован на микросхем 564ЛА7 с использованием RC-элементов.

Схема работает следующим образом. Входной сигнал, представляющий собой аддитивную смесь полезного сигнала, коррелированной помехи и шума приемника, поступает на входы каналов выделения полезного сигнала, помехи и шума. Полосовой фильтр 1 канала выделения полезного сигнала пропускает частоты, соответствующие диапазону ожидаемых допплеровских частот полезного сигнала. Полосовой фильтр помехи 5 имеет амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), смещенную относительно АЧХ полосового фильтра 1 в область нулевых частот. Полосовой фильтр 8 канала формирования шумового порога имеет АЧХ, расположенную внутри полосы пропускания полосового фильтра 1 (ПФ1) канала выделения полезного сигнала и отстроенную от переднего среза ПФ1 таким образом, чтобы энергия остатков от помех, попадающих в полосу прозрачности ПФ8, не превышала энергии шума приемника в этой полосе.

Таким образом, на выходе ПФ1 напряжение будет обусловлено полезным сигналом, шумом и остатками от коррелированной помехи. Напряжение на выходе фильтра помехи 5 канала выделения помехи будет, в основном, определяться помехой, а напряжение на выходе фильтра 8 шумового канала - шумом приемника.

В случае отсутствия полезного сигнала и помехи входной сигнал содержит только шумовую составляющую. При этом после детектирования на выходах всех трех каналов появляются сигналы, постоянные составляющие которых пропорциональны мощности шума, попавшего в полосу пропускания фильтра соответствующего канала. Коэффициент передачи шумового канала выбирается таким образом, чтобы пороговый уровень надежно запирал пороговый блок 4, обеспечивая заданный уровень ложных тревог. Пороговый уровень с выхода блока 11 временной задержки поступает на сигнальный вход БВХ 17, на управляющий вход которого через элемент 16 И поступают тактовые импульсы с генератора 13, обеспечивая прохождение шумового порогового уровня на сумматор 12. Период тактовых импульсов выбирается меньше времени задержки в канале выделения шума, и БВХ 17 передает изменение шумового уровня во времени.

При наличии коррелированной помехи напряжение на выходе первого фильтра 3 низких частот канала выделения полезного сигнала возрастает, одновременно возрастает и пороговый уровень, так как к шумовой составляющей порогового напряжения на выходе сумматора 12 прибавляется помеховая составляющая. Коэффициент передачи канала выделения помехи выбирается также, исходя из заданного уровня ложной тревоги.

При появлении полезного сигнала напряжение на выходе первого фильтра 3 низких частот канала выделения полезного сигнала существенно возрастает и происходит срабатывание порогового блока 4, что сигнализирует о наличии цели, даже в случае, когда допплеровская частота эхо-сигнала от цели попадает в полосу пропускания фильтра 8 канала формирования шумового порога. Напряжение шумового порога поступает на сумматор 12 с задержкой, которая реализуется блоком 11 временной задержки через блок 17 выборки и хранения. Наличие задержки предотвращает увеличение порогового напряжения в момент появления сигнала, допплеровская частота которого попадает в полосу пропускания фильтра 8, канала формирования шумового порога. Поэтому обнаружение цели возможно во всем диапазоне допплеровских частот. Длительность задержки выбирается равной или больше времени интегрирования сигналов. В момент срабатывания порогового блока 4 происходит запись логической единицы в регистр 14 сдвига. При этом на выходе элемента 15 НЕ-И появляется логический "0", который закрывает элемент 16 И. На выходе БВХ 17, на который перестают поступать тактовые импульсы, фиксируется значение шумового порога, существовавшего на выходе блока 11 временной задержки в момент обнаружения цели.

Если цель одиночная, то при переходе антенны РЛС в соседнее угловое положение полезный сигнал уменьшается и пороговый блок 4 закрывается. При этом на входе регистра 14 появляется логический "0". Через несколько тактов генератора 13 тактовых импульсов все разряды регистра 14 сдвига обнуляются и элемент 15 НЕ-И выдает на своем выходе логическую единицу, разрешая прохождение тактовых импульсов генератора тактовых импульсов через элемент 16 И на БВХ 17. Число разрядов регистра 14 сдвига выбирается таким, чтобы время прохождения информации через него было не меньше времени задержки в блоке 11 временной задержки. Это нужно для того, чтобы исключить влияние полезного сигнала на пороговый уровень. Элемент 15 НЕ-И исключает запуск БВХ 17 при кратковременных уменьшениях полезного сигнала, обусловленных флюктуациями ЭПР цели. Он выдает единицу только при нулевом входном коде.

Если цель групповая, то после обнаружения первой цели пороговое напряжение фиксируется и обнаружение всех целей возможно.

Если между соседними целями имеются интервалы, то БВХ 17 будет фиксировать шумовые пороги в этих интервалах.

Таким образом, в отличие от прототипа, который после обнаружения первой цели на некоторое время теряет чувствительность, предлагаемое устройство позволяет обнаруживать группы целей без потери чувствительности. Это позволяет использовать предлагаемое техническое решение в обзорных РЛС, осуществляющих разведку поля боя, на котором может иметь место большое скопление техники в момент проведения боевых операций.

На предприятии был изготовлен действующий макет цифрового адаптивного обнаружителя, предназначенного для наземной РЛС типа ПСНР. Стендовые испытания макета показали высокую эффективность обнаружения групповых целей при значительной флюктуации величин ЭПР отдельных целей.

Литература

Л.Рабинер, Б.Гоулд "Теория и применение цифровой обработки сигналов".

Изобретение относится к области радиотехники и содержит все признаки устройства, описанные в авт.св. №1840681. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения эхо-сигналов близко расположенных целей. Для достижения технического результата оно снабжено блоком выборки и хранения, регистром сдвига, элементом НЕ-И, элементом И и генератором тактовых импульсов. Выход блока временной задержки соединен со вторым входом сумматора через блок выборки и хранения, выход порогового блока соединен с входом регистра сдвига, выходы разрядов которого соединены через элемент НЕ-И с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, и выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющим входом регистра сдвига и со вторым входом элемента И. 1 ил.

Обнаружитель эхо-сигналов движущихся целей по авт. свид. №1840681, отличающийся тем, что, с целью завышения эффективности обнаружения эхо-сигналов близко расположенных целей, введены блок выборки и хранения, регистр сдвига, элемент НЕ-И, элемент И и генератор тактовых импульсов, причем выход блока временной задержки соединен со вторым входом сумматора через блок выборки и хранения, выход порогового блока соединен с входом регистра сдвига, выходы разрядов которого соединены через элемент НЕ-И с первым входом элемента И, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, и выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющим входом регистра сдвига и со вторым входом элемента И.