ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 2014 года по МПК G01S13/02 

Предлагаемое приемное устройство относится к радиотехнике и предназначено для использования в радиолокационных станциях.

Известны приемные устройства, используемые в радиолокационных станциях и имеющие повышенную устойчивость к помехам.

Так, в книге П.А. Бакулева «Радиолокация движущихся целей», Сов. радио, М., 1964, стр.270, описано приемное устройство, в котором для повышения степени подавления флюктуирующих по уровню пассивных помех применен логарифмический усилитель промежуточной частоты (УПЧ), сжимающий динамический диапазон входных сигналов блока СДЦ (селекции движущихся целей). Но в этом приемнике не приняты меры по борьбе с активными помехами вообще, даже со стационарными (например, можно было бы ввести схему ШАРУ, стабилизирующую уровень ложных тревог).

Известно другое приемное устройство, наиболее близкое к нашему предложению по технической сущности. Оно описано в отчете по НИР "Пауза-альфа", 1970 г., стр.117.

Это устройство содержит преобразователь частоты, логарифмический УПЧ, блок СДЦ, датчик уровня активной помехи, регулируемый аттенюатор и выходные цепи. С выходом логарифмического УПЧ соединены входы блока СДЦ и датчика уровня активной помехи, регулируемый аттенюатор включен между выходом блока СДЦ и входом выходных цепей, управляющий вход аттенюатора соединен с выходом датчика уровня активной помехи.

В известном устройстве осуществляется подавление пассивных помех в блоке СДЦ. Логарифмический УПЧ сокращает динамический диапазон входных сигналов, что улучшает подавление пассивных помех в блоке СДЦ (см. книгу П.А. Бакулева, стр.270-271).

Датчик уровня активных помех совместно с регулируемым аттенюатором являются схемой ШАРУ, обеспечивают стабилизацию уровня ложных тревог при воздействии активных шумовых помех. Описанную функциональную схему известного устройства можно считать типовой, она широко распространена в технике и обеспечивает хорошие результаты при воздействии стационарных комбинированных помех, т.е. помех, состоящих из пассивных помех (облака диполей) и шумовых активных помех с неизменными или медленно изменяющимися характеристиками, в частности, с постоянным уровнем.

Недостатком известного устройства является низкая устойчивость к нестационарным комбинированным помехам, проявляющаяся в том, что при значительном изменении уровня активных помех за время одного периода повторения РЛС, значительно ухудшается подавление пассивных помех. Режим же нестационарных по уровню активных помех является вполне реальным, более того, он может считаться одним из основных в перспективе. Такой режим имеет место, например, когда в качестве активных помех в комбинированных помехах используются узкополосные шумовые помехи скользящего типа. В обычных РЛС полоса пропускания УПЧ составляет 2÷10 МГц. Обычная станция скользящих помех имеет следующие параметры: ширина спектра помехи порядка 20 МГц, полоса скольжения порядка 500 МГц, скольжение по пилообразному закону, период скольжения 0,5÷5 миллисекунд.

При расстройке помехи относительно рабочей частоты РЛС помеха ослабляется в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой приемника, при расстройке на десятки или сотни мегагерц это ослабление может быть порядка десятков раз.

Вероятность совпадения или кратности периода скольжения периоду повторения импульсов в РЛС крайне мала. Поэтому уровень скользящей помехи в приемнике из-за скольжения изменяется в десятки раз.

Блок СДЦ осуществляет подавление пассивной помехи путем череспериодного вычитания. Эффективное вычитание, обеспечивающее подавление пассивной помехи не менее чем на 20 дБ, получается только тогда, когда уровни вычитаемых сигналов равны или отличаются не более чем на 1% (см. Nitzberg R. Limitation of MTI impovement factor due to oscillator instability. ″Electron. Left″, 1973, 9, №20, pp.470-471).

Проведенное нами на машине БЭСМ-6 моделирование показало, что при прохождении через логарифмический УПЧ смеси пассивной помехи с активной шумовой помехой, уровень которой больше, чем уровень пассивной помехи, имеет место ослабление пассивной помехи, обусловленное нелинейностью амплитудной характеристики усилителя. Величина ослабления зависит от уровня активной помехи, при изменении уровня активной помехи изменяется уровень пассивной помехи. Так, при увеличении уровня активной помехи в 5 раз уровень пассивной помехи на выходе логарифмического УПЧ уменьшился на 17,2%. А при таких нестабильностях уровня входного сигнала, значительно превышающих упомянутый ранее допустимый уровень (1%), защита от пассивной помехи не обеспечивается, т.е. нет устойчивости к нестационарным комбинированным помехам.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. повышение устойчивости к нестационарным комбинированным помехам.

Поставленная цель достигается тем, что в приемное устройство, содержащее преобразователь частоты, логарифмический УПЧ, блок СДЦ и выходные цепи, а также схему ШАРУ, состоящую из датчика уровня активной помехи, вход которого соединен с выходом логарифмического УПЧ, и регулируемого аттенюатора, сигнальный вход которого соединен с выходом блока СДЦ, управляющий вход - с выходом датчика уровня активной помехи, а выход - со входом выходных цепей, введены фазоинвертор, вход которого соединен с выходом датчика уровня активной помехи, и дополнительный регулируемый аттенюатор, сигнальный вход которого соединен с выходом логарифмического УПЧ, управляющий вход - с выходом фазоинвертора, а выход - со входом блока СДЦ, а также тем, что датчик уровня активной помехи состоит из блока задержки, блока суммирования и блока вычитания входного и выходного сигналов блока задержки, блоков выделения огибающих сигналов на выходах блока суммирования и блока вычитания, второго блока вычитания, входы которого соединены с выходами блоков выделения огибающих, третьего блока выделения огибающей, вход которого соединен со входом блока задержки, и третьего блока вычитания, один вход которого соединен с выходом третьего блока выделения огибающей, а второй - с выходом второго блока вычитания.

Существенность новых признаков заключается в том, что введение фазоинвертора, а также дополнительного регулируемого аттенюатора, установленного именно между выходом УПЧ и входом блока СДЦ, позволило выравнять амплитуды реализации пассивной помехи, поступающих на блок СДЦ в различные периоды повторения станции даже в случаях нестационарных комбинированных помех. Выравнивание же амплитуд взаимно вычитаемых в блоке СДЦ реализаций пассивной помехи позволило обеспечить эффективное вычитание, сохранить высокие характеристики подавления помехи.

На чертеже представлена блок-схема приемного устройства.

Приемное устройство содержит преобразователь частоты 1, логарифмический УПЧ 2, блок СДЦ 3, регулируемый аттенюатор 4, выходные цепи 5, датчик уровня активной помехи 6, фазоинвертор 7, регулируемый аттенюатор 8. Датчик уровня активной помехи 6 состоит из блока задержки 9, блока суммирования 10, блока вычитания 11, блока выделения огибающей 12, блока выделения огибающей 13, блока вычитания 14, блока выделения огибающей 15 и блока вычитания 16.

Преобразователь частоты 1, логарифмический УПЧ 2, регулируемый аттенюатор 8, блок СДЦ 3, регулируемый аттенюатор 4 и выходные цепи 5 соединены между собой последовательно в указанном порядке. Вход датчика уровня активной помехи 6 соединен с выходом логарифмического УПЧ 2, а его вход - с управляющим входом аттенюатора 4 и входом фазоинвертора 7, выход которого соединен с управляющим входом аттенюатора 8.

Входы блока задержки 9, блока выделения огибающей 15 и первые входы блока вычитания 11 и блока суммирования 10 соединены между собой и являются входом датчика уровня активной помехи 6. Вторые входы блоков 10 и 11 соединены с выходом блока задержки 9.

Между выходом блока 10 и первым входом блока вычитания 14 включен блок выделения огибающей 12, между выходом блока 11 и вторым входом блока 14 включен блок выделения огибающей 13. Первый вход блока вычитания 16 соединен с выходом блока 15, второй вход - с выходом блока 14, а выход блока 16 является выходом датчика уровня активной помехи 6.

Преобразователь частоты выполнен в виде балансного смесителя СВЧ и гетеродина СВЧ. Логарифмический УПЧ имеет полосу пропускания 10 МГц и логарифмическую амплитудную характеристику. Блок СДЦ выполнен в виде двух ультразвуковых линий задержки на период повторения станции (1 миллисекунда) и двух блоков вычитания (двукратная схема ЧПК). Регулируемые аттенюаторы 4 и 8 выполнены в виде каскадов усилителей промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом передачи. Выходные цепи 5 содержат амплитудный детектор, видеоусилитель и индикатор кругового обзора.

Блок задержки 9 является ультразвуковой линией задержки на период повторения станции. Блок суммирования 10 выполнен резисторным в виде двух резисторов по 300 Ом. Блоки вычитания 11, 14, 16 выполнены в виде обычных дифференциальных усилителей. Блоки выделения огибающей 12, 13, 15 выполнены в виде диодных амплитудных детекторов с интегрирующими RC цепями на выходе.

Работает устройство следующим образом.

Входной СВЧ сигнал в преобразователе частоты 1 превращается в сигнал промежуточной частоты. Далее он усиливается логарифмическим УПЧ 2 и через блоки 8, 3, 4 поступает на выходные цепи 5. Одновременно с выхода логарифмического УПЧ 2 сигнал поступает и на датчик уровня активной помехи 6, выходное напряжение которого регулирует коэффициент передачи блока 4, чем осуществляет обычную регулировку усиления по шумам (ШАРУ), с увеличением уровня помехи коэффициент передачи блока 4 уменьшается, уровень помехи на выходе блока 4 стабилизируется.

Одновременно выходное напряжение блока 6, уровень которого определяется уровнем активной помехи на выходе блока 2, поступает на фазоинвертор 7 и, далее, на управляющий вход блока 8, регулируя его коэффициент передачи. Существенным является то, что здесь регулирование осуществляется обратным, инвертированным в блоке 7, напряжением. При увеличении уровня помех на входе коэффициент передачи блока 8 увеличивается, производится частичная дестабилизация уровня шумов, но одновременно увеличивается и уровень пассивной помехи на входе блока СДЦ 3. Крутизны характеристик выбраны таким образом, чтобы увеличение коэффициента передачи блока 8 компенсировало уменьшение уровня пассивной помехи в логарифмическом УПЧ 2, вызванное увеличением уровня активной помехи. Так, при увеличении уровня активной помехи за период повторения станции в 5 раз уровень пассивной помехи уменьшится на 17,2%, но увеличение коэффициента передачи блока 8, например, на 18% (с учетом погрешности регулирования) приводит к тому, что разность уровней вычитаемых в блоке СДЦ сигналов составит не 17,2%, а только 0,8%, что улучшит подавление пассивной помехи примерно в 20 раз.

Частичная дестабилизации уровня шума блоком 8 несущественна, так как она мала (18%) по сравнению с изменением уровня входной активной помехи и, кроме того, может быть учтена при настройке схемы ШАРУ (при выборе крутизны блока 4).

На эффективность работы введенных узлов влияет точность определения уровня активной помехи блоком 6. Если уровень ее значительно больше, чем уровень пассивной помехи, то здесь в качестве датчика уровня активной помехи достаточно использовать простейший блок выделения огибающей, например, амплитудный детектор с интегратором (фильтром низких частот) на выходе. Но если уровни этих помех соизмеримы, то в связи с тем, что обе помехи имеют одинаковый характер (шумоподобны), их разделение в указанном блоке не происходит, сигнал выделяется суммарный, что снижает точность компенсации примерно в 2 раза.

Для устранения этого недостатка и предлагается (п.2 формулы изобретения) вариант выполнения датчика уровня активной помехи.

Блок-схема датчика приведена на том же чертеже. Работает он следующим образом.

Задержанный блоком 9 на период повторения и незадержанный сигналы суммируются и вычитаются блоками 10, 11. При вычитании происходит подавление пассивной помехи (простейшая схема череспериодной компенсации) и энергетическое суммирование активных помех, текущей и поступившей в предыдущем периоде. При суммировании суммируются как эти активные, так и пассивные помехи. Далее осуществляется выделение огибающих суммарного и разностного сигналов.

Так как огибающая разностного сигнала соответствует сумме активных помех, а суммарного - сумме активных помех и пассивной помехе, то вычитая в блоке 14 эти огибающие, мы получаем сигнал, соответствующий пассивной помехе. Блок выделения огибающей 15 осуществляет выделение огибающей суммы текущей активной помехи и пассивной помехи. В блоке 16 осуществляется вычитание из этого сигнала, соответствующего пассивной помехе, в результате на выходе блока 16 (являющегося выходом и блока 6 в целом) мы получаем сигнал, пропорциональный текущему уровню активной помехи.

Следует отметить, что в случае стационарных комбинированных помех предложенное приемное устройство имеет ту же эффективность, что и известное. Дополнительный выигрыш в подавлении пассивной помехи (примерно в 20 раз) получается при нестационарных помехах, например комбинированных, в состав которых входят скользящие. В этом случае известное приемное устройство значительно ухудшает свои характеристики, предложенное же устройство имеет улучшенные характеристики по сравнению с характеристиками известного при нестационарных помехах. При этом его характеристики приближаются к характеристикам известного устройства в режиме стационарных помех.

Таким образом, предложенное приемное устройство имеет большую устойчивость к нестационарным комбинированным помехам, в частности, пассивная составляющая такой помехи подавляется сильнее, чем в известном устройстве, примерно в 20 раз.

Изобретение предназначено для использования в радиолокационных станциях. Достигаемый технический результат - повышение устойчивости к нестационарным комбинированным помехам. Указанный результат достигается за счет того, что приемное устройство содержит преобразователь частоты, логарифмический усилитель промежуточной частоты (ЛУПЧ), блок селекции движущейся цели, выходные цепи, схему ШАРУ, состоящую из датчика уровня активной помехи, вход которого соединен с выходом ЛУПЧ, и регулируемого аттенюатора, сигнальный вход которого соединен с выходом блока селекции движущейся цели, управляющий вход - с выходом датчика уровня активной помехи, а выход - с входом выходных цепей. Содержит также фазоинвертор и дополнительный регулируемый аттенюатор, при этом вход фазоинвертора соединен с выходом датчика уровня активной помехи, сигнальный вход дополнительного аттенюатора соединен с выходом ЛУПЧ, управляющий вход - с выходом фазоинвертора, а выход - с входом блока селекции движущейся цели. 1 ил.

Приемное устройство, содержащее преобразователь частоты, логарифмический УПЧ, блок селекции движущейся цели, выходные цепи, схему ШАРУ, состоящую из датчика уровня активной помехи, вход которого соединен с выходом логарифмического УПЧ, и регулируемого аттенюатора, сигнальный вход которого соединен с выходом блока селекции движущейся цели, управляющий вход - с выходом датчика уровня активной помехи, а выход - со входом выходных целей, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости к нестационарным комбинированным помехам, в нем введены фазоинвертор и дополнительный регулируемый аттенюатор, при этом вход фазоинвертора соединен с выходом датчика уровня активной помехи, сигнальный вход дополнительного аттенюатора соединен с выходом логарифмического УПЧ, управляющий вход - с выходом фазоинвертора, а выход - со входом блока селекции движущейся цели.