УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ СИГНАЛОВ Советский патент 2014 года по МПК G01S13/52 

Предлагаемое устройство селекции сигналов относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах первичной обработки информации систем радиотехнической разведки и пассивного целеуказания.

Имеется современное радиолокационное поле, образованное РЛС вероятного противника, которые могут функционировать как с периодическими, так и с непериодическими последовательностями импульсов. Тенденция к дальнейшему усложнению радиолокационного поля усиливается, что приводит к увеличению количества станций с периодом повторения импульсных последовательностей, перестраиваемым по функциональному закону. К числу последних относятся РЛС AN/SPS52IR, AN/SPS42, AN/SPS48 и др.

Для более простых радиолокационных полей, образованных сигналами с известным и постоянным периодом повторения, используются селекторы на линиях задержки. Теоретические основы и примеры построения различных вариантов устройств для сигналов приведены в книгах "Теоретические основы радиолокации" под ред. Я.Д. Ширмана, М., Сов. радио, 1970, стр.490-492, "Защита от радиопомех" под ред. М.В. Максимова, М., Сов. радио 1976, стр.334-340. Варианты конкретных технических решений на основе изложенных принципов отражены в описаниях к патентам и авторским свидетельствам.

В случае, если период повторения априори неизвестен, но постоянный либо вобулирует в небольших пределах для выделения импульсных периодических последовательностей используются цифровые схемы. Это направление достаточно детально разработано и освещено в ряде монографий, авторских свидетельств, патентов.

Патент США 13721905 328-109 - Устройство сортировки последовательностей импульсов из составного видеосигнала, состоящего из множества отдельных последовательностей видеосигналов, содержит ряд каналов, синхронизируемых на различных частотах с автоматической подстройкой периода синхронизации к обнаруживаемой последовательности с помощью дополнительно формируемых отстающих и опережающих стробов (селекторных импульсов).

Патент США 3900850 343-7.3 - Цифровая следящая система последовательности импульсов. Содержит схему квантования временных интервалов, схему формирования периода, формирователь стробов для точного определения периода следования импульсов и схему запрета (стробирования);

Устройство череспериодной селекции, предназначенное для обработки сложных сигналов и состоящее из сумматоров, элементов задержки, перемножителей, ограничителя и схемы вычитания;

Авторское свидетельство - Цифровая система сопровождения периодической последовательности сигналов. Содержит схему квантователя временных интервалов, схему формирования периода, формирователь стробов периода, схему запрета, квантователь амплитуды сигнала, схему разрешения, схему временной задержки, устройство допускового сравнения амплитуд, схему оперативной памяти и формирователь сигнала селекции.

Однако в условиях сложного радиолокационного поля, содержащего последовательности импульсов с функциональным изменением периода повторения известные схемы сопровождения периодических последовательностей не эффективны, т.к. вероятность образования ложных последовательностей на выходах таких схем зачастую превышает установленные пороговые значения Рл.т. Уменьшается также Рпр.обн.

В качестве прототипа предлагаемого устройства принято устройство селекции.

Это устройство содержит: блок измерения межимпульсного интервала, блок распределения, блок следования, блок запрета, блок стробирования, блок формирования периода повторения, блок формирования порога, блок проверки порога. Устройство-прототип работает следующим образом.

В блок измерения межимпульсного интервала поступает входной поток информации. В блоке распределения формируются стробы для прогнозирования появления последующих импульсов в образованных последовательностях.

В блоке следования происходит корректировка строба, который поступает далее в блок измерения межимпульсного интервала. В блоке запрета при наличии установленного количества повторяющихся одинаковых межимпульсных интервалов вырабатывается сигнал о предварительном обнаружении последовательности. По этому сигналу выработанный прогнозируемый строб поступает в блок стробирования.

В блоке формирования периода повторения последовательности при попадании входного сигнала в прогнозируемый строб, вырабатывается последующий прогнозируемый строб, который также поступает в блок стробирования. Входной сигнал в этом случае уже не поступает в блок распределения.

В блоке формирования периода повторения последовательности по выбранному критерию происходит окончание последовательности, производится оценка измеренного периода повторения Т, определяется истинное количество повторившихся импульсных интервалов n_ист данной последовательности.

В блоке формирования порога в соответствии с оценкой периода повторения Т рассчитывается необходимое количество повторившихся межимпульсных интервалов n_расч.

В блоке проверки порога производится сравнение n_ист. и n_расч. При n_ист≥n_расч вырабатывается сигнал обнаружения последовательности с соответствующим периодом повторения. В случае n_ист<n_расч последовательность считается ложной.

Основным недостатком прототипа является недостаточная помехоустойчивость в условиях, когда входной поток информации образован несколькими станциями как с постоянными периодами повторения, так и с периодами повторения импульсных последовательностей, изменяемыми по функциональному закону. Происходит разрыв, сопровождаемых импульсных последовательностей, вызывающий увеличение вероятности ложных тревог (Рл.т.) и уменьшение вероятности правильного обнаружения (Рпр.обн.). Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и избирательности устройства селекции при работе в сложном радиолокационном поле.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство селекции, состоящее из приемника, вход которого является входом устройства, и последовательно соединенных формирователя последовательностей, блока формирования порога и блока проверки порога, выход которого является выходом устройства, введены подключенные к выходу приемника последовательно соединенные дешифратор, буферный регистр, схема группирования сигналов, блок анализа групп сигналов и оперативное ЗУ, а также датчик времени и схема сравнения по параметрам, которая двусторонней связью соединена с дешифратором, причем второй выход ее соединен с первым входом формирователя последовательностей, а второй вход соединен с первым выходом оперативного ЗУ, второй выход которого подсоединен к третьему входу дешифратора, а третий выход оперативного ЗУ подсоединен ко второму входу формирователя последовательностей, при этом датчик времени двусторонней связью соединен с дешифратором, а второй и третий выходы его подсоединены соответственно ко второму и третьему входу буферного регистра.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что введение дополнительных блоков и связей позволяет при работе устройства в сложном радиолокационном поле определить в первоначальный момент времени значения параметров и законы их перестройки сигналов разведуемых РЛС, в том числе и таких, у которых структура следования сигналов изменяется по функциональной зависимости, и использовать в последующих циклах пространственного и частотного поисков эту апостериорную информацию для обработки всех последующих сигналов. Это позволяет обеспечить высокое качество разделения сигналов разведуемых станций при работе в сложном радиолокационном поле. Значительно улучшаются статистические характеристики устройства селекции сигналов по сравнению с прототипом.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 приведена зависимость вероятности ложных тревог (Рл.т.) и вероятности правильного обнаружения (Рпр.обн.) от дальности расположения разведываемых РЛС от пассивной системы при условии наличия в диаграмме направленности пассивных РЛС трех источников излучения как с постоянной, так и с изменяемой по функциональному закону структурой следования импульсов.

Предлагаемое устройство селекции сигналов (фиг.1) содержит последовательно соединенные приемник 1, дешифратор 2, буферный регистр 3, схему группирования сигналов 4, блок анализа групп сигналов 5, оперативное ЗУ 6, схему сравнения по параметрам 8, формирователь последовательностей 9, блок формирования порога 10, блок проверки порога 11, датчик времени 7 соединен двусторонней связью с дешифратором 2 и двойной связью с буферным регистром 3; схема сравнения по параметрам 8 соединена двусторонней связью с дешифратором 2; оперативное ЗУ 6 соединено с дешифратором 2 и формирователем последовательностей 9. Выходом устройства селекции является выход блока проверки порога 11.

Обнаруженные сигналы разведываемых РЛС поступают на вход приемника 1, в котором происходит измерение их основных параметров (длительности импульса τ, несущей частоты f уровня мощности Р). К каждому импульсу привязывается текущее время его прихода. Собственные шумы приемника также характеризуются определенным вектором параметров. Собственные шумы и сигналы разведываемых станций с измеренными и закодированными значениями параметров поступают в дешифратор 2. Далее сигналы при отсутствии информации о параметрах ранее разведываемых РЛС направляются в буферный регистр 3 и на датчик времени 7, который первым сигналом запускается на интервал времени Δt=КТ_max,

где К - выбранный критерий обнаружения последовательности, а Т_max - максимально возможный период повторения сигналов разведываемых станций. По истечении этого времени в датчике времени 7 вырабатывается сигнал, по которому в буферном регистре 3 происходит окончание выборки. Сигналы, попавшие в выборку, поступают в схему группирования сигналов 4. Управляющий сигнал, по которому разрешается новый запуск датчика времени 7, поступает в дешифратор 2. В схеме группирования сигналов 4 происходит объединение сигналов, разность уровней по мощности которых не превосходит величину выбранного порога. По мере образования объединенные группы сигналов поступают в блок анализа групп сигналов 5, где проверяется выполнение критерия обнаружения. Группы, у которых число импульсов меньше установленного критерия, обнуляются. Группы, для которых выполнился критерий обнаружения, поступают на обработку, в результате которой определяются средние значения основных параметров, диапазон и закон их перестройки. Из блока анализа 5 значения основных параметров поступают в оперативное запоминающее устройство 6, где вырабатывается сигнал, разрешающий следующим импульсам из дешифратора 2 поступать на схему сравнения по параметрам 8, в которую одновременно из ОЗУ 6 поступает информация о параметрах τ и f ранее образованной группы. В схеме сравнения по параметрам 8 определяются разности значений τ и f принятого сигнала и образованных ранее групп сигналов. Если указанные разности не превосходят выбранных порогов (величина которых определяется в зависимости от типа перестройки соответствующего параметра), то принимается решение об обнаружении последовательности по одному импульсу. Период повторения последовательности соответствует периоду повторения группы, с которой произошло сравнение параметров импульса. Причем, если ранее обнаруженная последовательность имеет периодическую структуру следования сигналов, то вновь образованной последовательности по одному импульсу присваивается среднее значение периода повторения ранее образованной последовательности. Если же ранее образованная последовательность имеет структуру следования: сигналов, изменяемую по функциональному закону, то вновь образовываемой последовательности приписывается набор значений периода повторения в соответствии с выявленным функциональным законом его измерения. По мере поступления последующих сигналов значение текущего периода повторения привязывается к определенному численному значению выявленной функциональной зависимости и в дальнейшем количество вырабатываемых временных стробов для сопровождения последовательности сокращается до одного. Последующие сигналы через дешифратор 2 поступают на проверку возможности приписывания их к формируемой последовательности. По установленному критерию конца последовательности (К пропусков подряд) происходит окончание формируемой последовательности. Блок формирования порога 10 по установленному значению периода повторения последовательности (Т) вырабатывает пороговое значение ожидаемого количества импульсов в последовательности (n_расч.), которое в случае периодической последовательности сигналов расчитывается как

$$n_{рас}=\frac{\Delta t}{T_{cp}}$$

где Δt - принятая длина выборки,

Т_ср - среднее значение периода повторения,

а в случае последовательности с функциональным законом изменения периода следования сигналов

$$n_{расч}=\frac{\Delta t}{{Т}_{расч}}$$ ,

где

$${Т}_{расч}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{T}_i}}{n}$$

n - количество временных интервалов между импульсами, уложившееся в период времени Δt.

В блоке проверки порога 11 истинное значение количества импульсов в последовательности (n_ист.) сравнивается с пороговым.

При выполнении неравенства n_ист≥n_расч принимается решение о наличии последовательности. Если n_ист<n_расч, то последовательность считается ложной и обнуляется.

Результаты статистического моделирования работы предлагаемого устройства подтвердили его эффективность. Моделировалась работа устройства в условиях ДТР. При этом в зоне обзора ПРЛС находились 3 однотипных источника излучения, как с постоянной, так и с изменяемой по функциональному закону структурой следования импульсов.

Данные моделирования приведены на фиг.2. Для сравнения там же приведены соответствующие кривые, полученные при моделировании устройства прототипа, работающего в аналогичных условиях. По оси абсцисс отложены значения вероятностей Рл.т. и Рпр.обн., по оси ординат - дальность. Как видно из графиков, использование предлагаемого устройства селекции позволяет получить выигрыш в Рпр.обн. при меньших значениях Рл.т., что повышает тактико-технические характеристики ПРЛС. На дальности 100 км указанный выигрыш для вероятности правильного обнаружения составляет в 1,3 раза, при этом вероятность ложных тревог меньше в 2 раза.

Изобретение может быть использовано в системах пассивного целеуказания. Достигаемый технический результат - повышение вероятности правильного обнаружения. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит приемник, формирователь последовательностей импульсов, блок формирования порога, блок проверки порога, дешифратор, буферный регистр, схему группирования сигналов, блок анализа групп сигналов, оперативное запоминающее устройство, датчик времени и схему сравнения параметров, соединенные между собой определенным образом. 2 ил.

Устройство селекции сигналов, содержащее установленный на входе приемник и последовательно соединенные формирователь последовательностей импульсов, блок формирования порога и блок проверки порога, отличающееся тем, что, с целью повышения вероятности правильного обнаружения, в него дополнительно введены последовательно соединенные дешифратор, вход которого подключен к выходу приемника, буферный регистр, схема группирования сигналов, блок анализа групп сигналов и оперативное запоминающее устройство (ЗУ), а также датчик времени и схема сравнения параметров, которая двусторонней связью соединена с дешифратором, второй выход ее соединен с первым входом формирователя последовательностей, а второй вход соединен с первым выходом оперативного ЗУ, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к третьему входу дешифратора, и к второму входу формирователя последовательностей, причем датчик времени двусторонней связью соединен с дешифратором, а второй и третий выходы его подключены соответственно к второму и третьему входам буферного регистра.