УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Советский патент 2015 года по МПК H04B17/00 

Предлагаемое устройство дли определения параметров внутриимпульсной модуляции линейно-частотно-модулированных /ЛЧМ/ сигналов относятся к приемникам импульсной информации и предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки /РТР/ и пассивных системах целеуказания /ПСЦУ/ в качестве аппаратуры различения и оценки параметров внутриимпульсной модуляции сигналов.

В качестве первого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1841015 /заявка №3102644 от 2.10.1984 г./, в котором для различения сигналов используется алгоритм равенства временных интервалов между нуль-переходами отклика автокоррелятора на ЛЧМ сигнал. Формирование признака приема ЛЧМ сигнала здесь производят после последовательного сравнения каждого текущего интервала между соседними импульсами нуль-переходов отклика автокоррелятора с его предыдущим значением, т.е. сравнивают всегда два соседних интервала, а решение принимают при равенстве трех и более /в зависимости от требуемой статистической надежности различения/ таких интервалов. Такой способ обработки приводит к повышению достоверности различения ЛЧМ сигналов, так как временные интервалы между нуль-переходами сигнала биений по выходу автокоррелятора на ФМ и другие виды сигналов не являются одинаковыми и ложная информация на выходе ЛЧМ от их воздействия в устройстве отсутствует.

Недостатком устройства является отсутствие измерения параметров внутриимпульсной модуляции различаемого ЛЧМ сигнала, что снижает эффективность систем РТР и ПСЦУ при решении задач селекции и идентификации сигналов, опознавания типа РЛС и его носителя, организации радиопротиводействия. Низкая эффективность решения указанных задач объясняется тем, что на современном театре военных действий большинство РЛС вероятного противника используют ЛЧМ сигналы с различными параметрами модуляции /длительность, девиация частоты, направление девиации частоты и т.д./. В этих условиях для успешного решения указанных задач необходимо знание не только вида внутриимпульсной модуляции сигналов, а и оценка параметров его внутриимпульсной модуляции. Известное устройство не позволяет производить такую оценку, что является его недостатком.

В качестве второго аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1841016 /заявка №3102645 от 24.09.1984 г./, в котором для различения ЛЧМ сигналов используют алгоритм, указанный при описания первого аналога. Формирование признака приема ЛЧМ сигнала здесь производят после последовательного сравнения каждого из текущих интервалов между соседними импульсами нуль-переходов отклика автокоррелятора с средним значением интервала в пределах длительности различаемого ЛЧМ сигнала. Это приводит к повышению чувствительности устройства при обеспечении высокой достоверности различения ЛЧМ сигналов, однако отсутствие измерения параметров внутриимпульсной модуляции сигнала в данном устройстве /как было показано при описании первого аналога/ и низкое быстродействие, вызванное необходимостью дополнительного времени для анализа интервалов после окончания входного импульса, являются недостатками данного устройства.

В качестве третьего аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1841020 /заявка №3167395 от 7.04.1987 г./, которое является усовершенствованием описанного выше второго аналога с целью повышения его эффективности путем измерения скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала. Так как знание дополнительного параметра внутриимпульсной модуляции ЛЧМ сигнала повышает эффективность систем РТР и ПСЦУ, то измерение скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала является достоинством данного устройства. Различение ЛЧМ сигнала и измерение его скорости перестройки частоты выданном устройстве выполнены таким образом, что только через некоторый промежуток времени после окончания входного импульса получаем измеренное значение скорости перестройки частоты и признак приема ЛЧМ сигнала, причем этот промежуток времени зависят от длительности входного сигнала. Чем больше длительность сигнала, тем больше времени необходимо после его окончания для получения результатов сравнения интервалов и принятия решения. Таким образом, низкое быстродействие, невозможность получения выходных результатов в реальном масштабе временя является недостатком данного устройства.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков известных устройств.

Из известных рассмотренных устройств по технической сущности наиболее близок к предлагаемому устройству первый аналог, поэтому в качестве прототипа выбираем устройство по авт. свид. №1841015 /заявка №3102644 от 2.10.1984 г./.

Известное устройство /Фиг. 1/ содержит последовательно включенные автокоррелятор, первый пороговый блок, ключ, преобразователь ″интервал-код″, первый регистр, блок деления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя ″интервал-код″, второй пороговый элемент, второй регистр, управляющий вход которого соединен с управляющими входами блока деления, первого регистра и с выходом ключа, блок совпадения и первый элемент И, выход которого является выходом устройства, а также содержит дифференцирующий элемент, элемент задержки, вход которого соединен с выходов первого порогового блока, и последовательно соединенные детектор огибающей, вход которого соединен с входом автокоррелятора и является входом устройства, компаратор, одновибратор, вход которого соединен также с входам дифференцирующего элемента и вторым входом первого элемента И, элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего элемента, инвертор, второй элемент И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа, а второй вход - с выходом элемента ИЛИ и с сбросовыми входами преобразователя ″интервал-код" и регистров.

Как было указано выше, недостатком прототипа является его низкая эффективность, вызванная невозможностью измерения параметров внутриимпульсной модуляции ЛЧМ сигналов.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности устройства путем измерения скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала с высоким быстродействием.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные автокоррелятор, пороговый элемент, первый ключ, преобразователь ″интервал-код″ и регистр, управляющий вход которого соединен с выходом первого ключа, а также элемент задержки, вход которого соединен с выходом порогового элемента, дифференцирующий элемент и последовательно соединенные детектор огибающей вход которого соединен с входом автокоррелятора и является входом устройства, компаратор, одновибратор, элемент ИЛИ, инвертор, элемент И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, и триггер, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а второй вход - с сбросовыми входами преобразователя ″интервал-код″, регистра и с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего элемента, вход которого соединен с выходом компаратора,

введена последовательно соединенные счетчик импульсов, сигнальный и установочный входы которого соединены, соответственно, с управляющим и сбросовым входами регистра, вычислитель, второй вход которого соединен с выходом регистра, и второй ключ, выход которого является выходов устройства, а управляющий вход является управлявшим входом устройства;

при этом преобразователь ″интервал-код″ содержит генератор опорной частоты и последовательно соединенные триггер, сигнальный вход которого является сигнальным входом преобразователя ″интервал-код″, элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, и счетчик импульсов, выход которого является выходов преобразователя ″интервал-код″, а сбросовый вход соединен с вторым входом триггера и является сбросовым входом преобразователя ″интервал-код″;

при этом вычислитель содержит блок деления, входы которого являются входами вычислителя, блок постоянного запоминающего устройства /ПЗУ/ и блок умножения, входы которого соединены с выходами блоков деления и ПЗУ, а выход является выходом вычислителя.

Таким образом, введение в устройство новых элементов и связей позволило получить новый эффект - повышение эффективности путей измерения скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала с высоким быстродействием.

Авторам неизвестны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предложенного технического решения.

На фиг. 2 изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из автокоррелятора 1, детектора огибающей 2, порогового элемента 3, компаратора 4, дифференцирующего элемента 5, одновибратора 6, элемента задержки 7, элемента ИЛИ 8, инвертора 9, элемента И 10, триггера 11, ключа 12, преобразователя ″интервал-код″ 13, регистра 14, счетчика импульсов 15, вычислителя 16 и ключа 17, при этом преобразователь ″интервал-код″ 13 состоит из триггера 18, генератора опорной частоты 19, элемента И 20 и счетчика импульсов 21, а вычислитель 16 состоит из блока деления 22, блока умножения 23 и блока постоянного запоминающего устройства 24.

Автокоррелятор 1, пороговый элемент 3, ключ 12, преобразователь ″интервал-код″ 13, регистр 14, вычислитель 16 и ключ 17 соединены последовательно, причем управляющий вход ключа является управляющим входом устройства, а выход ключа 17 является выходом устройства. Входы автокоррелятора 1 и детектора огибающей 2 соединены вместе и являются входом устройства. Выход детектора огибающей 2 подключен к входу компаратора 4, выход которого соединен с входами дифференцирующего элемента 5 и одновибратора 6, выходы которых подключены, соответственно, к первому и второму входу элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с сбросовыми входами триггера 11, преобразователя ″интервал-код″ 13, регистра 14, установочным входом счетчика импульсов 15 и через инвертор 9 и элемент И 10 - с сигнальным входом триггера 11, выход которого соединен с управляющим входом ключа 12, выход которого соединен также с управляющим входом регистра 14 и с сигнальным входом счетчика импульсов 15, выход которого соединен с вторым входом вычислителя 16. Выход порогового элемента 3 соединен также через элемент задержки 7 с вторым входом элемента И 10.

Сигнальный входом преобразователя ″интервал-код″ 13 служит вход триггера 18, выход которого через элементы И 20 соединен с входом счетчика импульсов 21, выход которого является выходом преобразователя ″интервал-код″. Второй вход элемента И 20 соединен с выходом генератора опорной частоты 19, а сбросовые входы триггера 18 в счетчика импульсов 21 соединены вместе и являются сбросовым входом преобразователя ″интервал-код″.

Входами вычислителя 16 служат входы блок деления 22, выход которого соединен с первым входом блока умножения 23, второй вход которого соединен с выходом блока ПЗУ 24, а выход блока умножения 23 является выходом вычислителя.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Для наглядности воспользуемся эпюрами напряжений в различных точках блок-схемы, представленными на фиг. 3.

На вход устройства поступает сигнал с линейной частотной модуляцией. Зависимость частоты от времени сигнала представлена на фиг. 3, а. Сигнал биений по выходу автокоррелятора на такой сигнал представляет собой гармоническое колебание с постоянной частотой f_б и задержкой начала на время задержки в цепи автокоррелятора τ_з /фиг. 3, б/. В отрезок времени, равный τ_з, вследствие переходных процессов в автокорреляторе сигнал биений имеет, как правило, нерегулярный характер.

С выхода автокоррелятора 1 эти колебания поступают на вход порогового элемента 3, который в момент перехода сигнала биений через нуль формирует короткие импульсы нуль-переходов /фиг. 3, в/. Далее серия этих импульсов поступает на ключ 12, который управляется триггером 11. О состояниях триггера 11 будет сказано ниже.

С выхода ключа 12 импульсы нуль-переходов (фиг. 3, ж) поступают на преобразователь ″интервал-код″ 13. Первый из пачки импульсов по выходу ключа 12 устанавливает триггер 18 преобразователя ″интервал-код″ в состояние, разрешающее прохождение импульсов с выхода генератора опорной частоты 19 через элемент И 20 на вход счетчика импульсов 21, выход которого является выходом преобразователя ″интервал-код″. Запись кода по выходу преобразователя ″интервал-код″ 13 в регистр 14 осуществляется импульсами нуль-переходов с выхода ключа 12. Такое включение преобразователя ″интервал-код″ 13 и регистра 14 позволило получить на выходе регистра 14 код временного интервала от первого импульса нуль-переходов в пачке по выходу ключа 12 до текущего импульса нуль-перехода, то есть по выходу регистра 14 имеем суммарное значение временных интервалов между импульсами нуль-переходов по выходу ключа 12, которое поступает на первый вход вычислители 16.

На второй вход вычислителя 16 с счетчика импульсов 15 поступает число интервалов между импульсами нуль-переходов по выходу ключа 12, для чего счетчик 15 подсчитывает число импульсов нуль-переходов по выходу ключа 12. Число интервалов между импульсами нуль-переходов на единицу меньше числа этих импульсов, поэтому для получения на выходе счетчика числа интервалов в него предварительно записывается число ″минус единица″ импульсом с выхода элемента ИЛИ 8.

Вычислитель 16 служит для вычисления скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала. При этом используются следующие предпосылки.

Сигнал биений по выходу автокоррелятора при обработке ЛЧМ сигнала представляет собой гармоническое колебание с постоянной частотой биений /см. Маркелов Ю.Е. Различение ЛЧМ сигналов методом анализа временных интервалов сигнала биений на выходе автокоррелятора. ″Вопросы кораблестроения″, сер. Радиолокация, 1983, вып. 37, с. 109÷113/:

f_б=µ·τ_з

где f_б - частота сигнала биений;

µ - скорость перестройки; частоты ЛЧМ сигнала;

τ_з - время задержки в цепи автокоррелятора.

Решим это уравнение относительно скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала, выразив частоту сигнала биений через среднее значение интервала между двумя соседними импульсами нуль-переходов сигнала биений Т_ср /фиг. 3, В/:

$$f_{б}=\frac{1}{2{Т}_{ср}}=\mu {\tau }_{з}$$ , откуда $$\mu =\frac{1}{2{Т}_{ср}{\tau }_{з}},\left(1\right)$$

то есть среднее значение интервала между импульсами нуль-переходов по выходу автокоррелятора при обработке ЛЧМ сигналов однозначно определяет скорость перестройки частоты, так как время задержки в цепи автокоррелятора известно и τ_з=const.

Таким образом вычислитель определяет среднее значение интервала Т_ср между соседними импульсами нуль-переходов и решает полученное уравнение /1/. Входами вычислителя 16 являются входы блока деления 22, который выполняет операцию деления числа интервалы N-1 по выходу ключа 12, записанное в счетчике импульсов 15, на число n, записанное в регистре 14 и характеризующее суммарную длительность интервалов от первого импульса нуль-переходов до N. Так как на выходе преобразователя ″интервал-код″ 13 суммарная длительность определяется как

$$T_{\Sigma }=\frac{n}{f_{о}}$$ ,

где T_Σ - суммарная длительность интервалов на выходе преобразователя ″интервал-код″;

f_о - частота колебаний генератора опорной частоты преобразователя ″интервал-код″;

n - число импульсов опорной частоты, записанное в счетчике преобразователя ″интервал-код″,

то среднее значение интервала между соседними импульсами нуль-переходов можем определить как отношение суммарной длительности Т_Σ к числу интервалов N-1 по выходу ключа 12:

$$T_{ср}=\frac{{Т}_{\Sigma }}{N-1}=\frac{n}{f_0(N-1)}$$ .

Подставляя полученное выражение в /1/, получим

$$\mu =\frac{f_{о}(N-1)}{2n\cdot {\tau }_3}=\frac{N-1}{n}\cdot \frac{f_{о}}{2{\tau }_3}$$ .

Из этого выражения получаем алгоритм для построения вычислителя. Первый сомножитель этого выражения получаем на входе умножителя 23 с выхода блока деления 22. Во втором сомножителе все величины постоянны для данного устройства и известны, поэтому предварительно значение $$\frac{f_{о}}{2{\tau }_{з}}$$ записывается в блок ПЗУ, с выхода которого это значение поступает на второй вход блока умножения 23. На выхода умножителя 23 получаем значение скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала, которое через ключ 17 поступает на выход устройства. Ключ 17 разрешает выдачу информации о скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала внешним импульсом от различителя ЛЧМ сигнала, чтобы съем информации производился только при обработке ЛЧМ сигнала.

Выше было отмечено, что сигнал биений на отрезке, равном 0-τ_з, носит нерегулярный характер вследствие переходных процессов в автокорреляторе. Кроме этого, наличие импульсов нуль-переходов на этом участке приводит к большим погрешностям измерения средней величины интервала между импульсами нуль-переходов. На погрешность измерений оказывает влияние также неизвестность начальной фазы сигнала биений после окончания переходных процессов в автокорреляторе. Это приводит к тому, что временной интервал между первыми двумя импульсами нуль-переходов после окончания переходного процесса в автокорреляторе при воздействии на вход различителя ЛЧМ сигналов может сильно отличаться от последующих интервалов /фиг. 3, в/.

Для устранения указаниях погрешностей служат детектор огибающей 2, компаратор 4, дифференцирующий элемент 5, элемент задержки 7, элемент ИЛИ 8, элемент НЕ 9, элемент И 10 и триггер 11.

При поступлении на вход устройства ЛЧМ сигнала детектор 2 выделяет огибающую входного сигнала, а компаратор 4 нормирует ее для согласования с уровнем цифровых устройств /фиг. 3, г/. Строб с выхода компаратора 4 поступает на логический дифференцирующий элемент 5, с выхода которого /фиг. 3, д/ через элемент ИЛИ 8 передним фронтом он устанавливает триггер 11 в состояние, запрещающее прохождение импульсов нуль-переходов через ключ 12, а также обнуляет преобразователь ″интервал-код″ 13, регистр 14 и устанавливает счетчик импульсов 15 в состояние ″минус единица″, подготавливая их к работе.

Длительность импульса по выходу дифференцирующего элемента 5 равна τ_з. Этот импульс через инвертор 9 поступает также на вход элемента И 10 и дает запрет на прохождение импульсов нуль-переходов с выхода порогового элемента 3 через элемент задержки 7 и элемент И 10 на вход триггера 11. Через время, равное длительности импульса по выходу дифференцирующего элемента 5 /t=τ_з/ запрет снимается и первый из серии импульсов нуль-переходов после окончания переходного процесса в автокорреляторе поступает через элемент задержки 7 на вход триггера 11 и перебрасывает триггер. Длительность задержки линии 7 выбирается больше длительности импульса нуль-перехода, поэтому триггер 11 перебросится и откроет ключ 12 только по окончании первого из этой серии импульсов /фиг. 3, е/. Поэтому первый импульс нуль-перехода после окончания переходных процессов в автокорреляторе 1 через ключ 12 не пройдет.

Последующие же импульсы будут проходить до момента времени, когда триггер 11 вновь перейдет в другое состояние. Это произойдет по окончанию строба с выхода компаратора 4. Его задним фронтом запускается одновибратор 6, который через элемент ИЛИ 8 вновь устанавливает триггер 11 в состояние, запрещающее прохождение сигналов через ключ 12, а также обнуляет преобразователь ″интервал-код″ 13, регистр 14 и вновь устанавливает счетчик импульсов 15 в состояние ″минус единица″. Устройство вновь подготовлено к работе.

Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники на быстродействующих микросхемах серий 530, 100. Вычислитель /блок деления, блок умножения, блок ПЗУ/ выполнен на микросхемах 556 РТ5, 556 РТ7.

Использование предлагаемого устройства в станциях РТР и ПСЦУ позволяет улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типа РЛС и его носителя.

Изобретение относится к устройствам обработки импульсной информации и может быть использовано в станциях радиотехнической разведки и в пассивных системах целеуказания. Достигаемый технический результат - повышение достоверности определения параметров. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит автокоррелятор, пороговый элемент, первый ключ, преобразователь ″интервал-код″, регистр, элемент задержки, дифференцирующий элемент, детектор огибающей, компаратор, одновибратор, элемент ИЛИ, инвертор, элемент И, триггер, счетчик импульсов, вычислитель и второй ключ, определенным образом соединены между собой. Кроме того, преобразователь ″интервал-код″ и вычислитель выполнены также определенным образом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения параметров внутриимпульсной модуляции линейно-частотно-модулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные автокоррелятор, пороговый элемент, первый ключ, преобразователь «интервал-код» и регистр, управляющий вход которого соединен с выходом первого ключа, элемент задержки, вход которого соединен с выходом порогового элемента, дифференцирующий элемент, последовательно соединенные детектор огибающей, вход которого объединен с входом автокоррелятора и является входом устройства, компаратор, одновибратор, элемент ИЛИ, инвертор, элемент И, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, и триггер, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а второй вход - со сбросовыми входами преобразователя ″интервал-код″, регистра и с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего элемента, вход которого соединен с выходом компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности путем измерения скорости перестройки частоты, введены последовательно соединенные счетчик импульсов, сигнальный и установочный входы которого соединены соответственно с управляющим и сбросовым входами регистра, вычислитель, второй вход которого соединен с выходом регистра и второй ключ, выход, которого является выходом устройства, а управляющий вход является управляющим входом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что преобразователь «интервал-код» содержит генератор опорной частоты и последовательно соединенные триггер, сигнальный вход которого является сигнальным входом преобразователя ″интервал-код″, элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, и счетчик импульсов, выход которого является выходом преобразователя ″интервал-код″, а сбросовый вход соединен с вторым входом триггера, и является сбросовым входом преобразователя ″интервал-код″.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вычислитель содержит блок деления, входы которого являются входами вычислителя, блок постоянного запоминающего устройства и блок умножения, входы которого соединены с выходами блоков деления и блока постоянного запоминающего устройства, а выход является выходом вычислителя.