Селектор эхо-сигнала движущихся целей для двухчастотного радиолокатора Советский патент 2018 года по МПК G01S13/52 

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам защиты от пассивных помех, и может быть использовало в двухчастотных РЛС, не имеющих в своем составе когерентного гетеродина.

Известно устройство защиты двухчастотных РЛС от пассивных помех, содержащие последовательно включенные устройства выделения разностной фазы двух несущих частот и устройство селекции по скорости. Устройство выделения разностной фазы выполнено по схеме перемножитель - фильтр (см. Hsiao J.K. "Analysis of a dual frequency moving target indication system" The Radio and Electronic Engineer, vol. 45, №7, pp. 351-356, July 1975).

Однако недостатком данного устройства является низкая эффективность его работы в условиях дискретных пассивных помех за счет расширения спектра флюктуаций пассивных помех при перемножении.

Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому техническому решению является двухчастотное устройство подавления пассивных помех, содержащее два перемножителя, вход каждого из которых является входом соответствующей частоты устройства, первый селектор движущихся целей, сумматор, и два ограничителя, вход первого ограничителя соединен с входом первого перемножителя, а выход - с другим входом второго перемножителя, вход второго ограничителя соединен с входом второго перемножителя, а выход - с другим входом первого перемножителя, выходы перемножителей являются входами сумматора, выход сумматора соединен со входом селектора движущихся целей, выход селектора движущихся целей является выходом устройства (см. "Вопросы специальной радиоэлектроники", сер. РЛТ, вып. 11, 1982, стр. 26, рис. 1б).

Однако недостатком данного устройства является низкая эффективность его работы в условиях воздействия дискретных пассивных помех за счет расширения спектра флюктуации пассивных помех при перемножении.

Целью настоящего изобретения является повышение помехозащищенности по отношению к дискретным пассивным помехам.

Поставленная цель достигается тем, что в двухчастотное устройство подавления пассивных помех, содержащее два перемножителя, вход каждого из которых является входом соответствующей частоты устройства, первый селектор движущихся целей, сумматор и два ограничителя, вход первого ограничителя соединен со входом первого перемножителя, а выход - с другим входом второго перемножителя, вход второго ограничителя соединен с входом второго перемножителя, а выход - с другим входом первого перемножителя, введены соединенные последовательно второй селектор движущихся целей, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, и первый блок нормирования, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй блок нормирования, вход которого соединен с выходом первого селектора движущихся целей, а выход - с вторым входом сумматора, первый блок формирования признаков дискретной пассивной помехи, вход которого соединен с выходом первого селектора движущихся целей, второй блок формирования признаков дискретной пассивной помехи, вход которого соединен с выходом второго селектора движущихся целей, и блок принятия решений, вход которого соединен с выходом сумматора, первый и второй управляющие входы соединены с выходами первого и второго блоков формирования признаков пассивной помехи соответственно, а выход является выходом устройства, первый компаратор, вход которого соединен с выходом первого блока нормирования, а выход соединен с третьим управляющий входом блока принятия решений, второй компаратор, вход которого соединен с выходом второго блока нормирования, а выход соединен с четвертым управляющим входом блока принятия решений, выход первого перемножителя соединен с входом первого селектора движущихся целей.

Блок формирования признаков дискретной пассивной помехи содержит соединенные последовательно первый фазовый детектор, вход которого является входом блока формирования признаков дискретной пассивной помехи, и первый аналого-цифровой преобразователь, опорные входы первого и второго фазового детектора являются входами соответствующего опорного сигнала, соединенные последовательно первый блок вычисления арктангенса, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно, вычитатель между входом и другим входом которого включен элемент памяти на период повторения, синусно-косинусный преобразователь, третий перемножитель, другой вход которого соединен с другим выходом синусно-косинусного преобразователя, накопитель на пачку импульсов, другой вход которого соединен с другим выходом третьего перемножителя, второй блок вычисления арктангенса, другой вход которого соединен с другим выходом накопителя на пачку импульсов, и третий компаратор, выход которого является выходом блока формирования признаков дискретной пассивной помехи, блок определения корня квадратного из суммы квадратов, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно, а выход соединен с дополнительным входом третьего перемножителя.

Блок принятия решений содержит ключ, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом блока принятия решения, элемент И, выход которого соединен с управляющим входом ключа, первый и второй элементы ИЛИ, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом элемента И, первый и второй входы первого элемента ИЛИ являются первым и вторым, а первый и второй входы второго элемента ИЛИ являются третьим и четвертым входами блока принятия решения соответственно.

На фиг. 1 представлена структурная схема предложенного двухчастотного устройства подавления пассивных помех, на фиг. 2 представлен пример выполнения блока формирования признаков дискретной пассивной помехи, на фиг. 3 - пример выполнения блока принятия решений.

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения:

первый перемножитель 1

второй перемножитель 2

первый ограничитель 3

второй ограничитель 4

первый селектор 5 движущихся целей

второй селектор 6 движущихся целей

второй блок 7 нормирования

первый блок 8 нормирования

сумматор 9

первый блок 10 формирования признаков дискретной пассивной помехи

второй блок 11 формирования признаков дискретной пассивной помехи

блок 12 принятия решений

второй компаратор 13

первый компаратор 14

первый фазовый детектор 15

второй фазовый детектор 16

фазовращатель 17

генератор 18 опорного напряжения

первый аналого-цифровой преобразователь 19

второй аналого-цифровой преобразователь 20

первый блок 21 вычисления арктангенса

элемент 22 памяти на период повторения

вычитатель 23

синусно-косинусный преобразователь 24

третий перемножитель 25

накопитель 26 на пачку импульсов

второй блок 27 вычисления арктангенса

третий компаратор 28

блок 29 определения корня квадратного из суммы квадратов

ключ 30 элемент 31 И

первый элемент 32 ИЛИ

второй элемент 33 ИЛИ.

Предложенное двухчастотное устройство подавления пассивных помех состоит из первого 1 и второго 2 перемножителей, вход которых является первым и вторым входами устройства соответственно, вход первого перемножителя 1 соединен со входом первого ограничителя, 3, выход которого соединен с другим входом второго перемножителя 2, вход второго перемножителя 2 соединен со входом второго ограничителя 4, выход которого соединен с другим входом первого перемножителя 2. Выход первого 1 и второго 2 перемножителей является входом первого 5 и второго 6 селекторов движущихся целей, выходы первого 5 и второго 6 селекторов движущихся целей соединены со входам первого 8 и второго 7 блоков нормирования, выход которых соединен с первым и вторым входами сумматора 9. Выход сумматора 9 соединен со входом блока 12 принятия решений, выход которого является выходом устройства. Входы первого 10 и второго 11 блоков формирования признаков дискретной пассивной помехи соединены с выходами первого 5 и второго 6 селекторов движущихся целей соответственно. Выход первого блока 10 формирования признаков дискретной пассивной помехи и выход второго блока 11 формирования признаков дискретной пассивной помехи соединены с первым и вторым управляющими входами блока 12 принятия решений. Входы первого 14 и второго 13 компараторов соединены с выходами первого 8 и второго 7 блоков нормирования и выходы - с третьим и четвертым управляющими входами блока 12 принятия решений соответственно.

Блок формирования признаков дискретной пассивной помехи состоит из первого 15 и второго 16 фазовых детекторов, входы которых являются входами блока, а выходы соединены с входом первого 19 и второго 20 аналого-цифровых преобразователей соответственно. Опорный вход первого фазового детектора 15 соединяется с генератором опорного напряжения 18, между опорным входом второго фазового детектора 16 и выходом генератора 18 опорного напряжения включен фазовращатель 17. Выход первого 19 и второго 20 аналого-цифровых преобразователей соединены с первым и вторым входами первого блока 21 вычисления арктангенса, выход которого соединен со входом вычитателя 23. Между другим входом вычитателя 23 и выходом первого блока 21 вычисления арктангенса включен элемент 22 памяти на период повторения. Выход вычитателя 23 соединен со входом синусно-косинусного преобразователя 24, выходы которого являются входами третьего перемножителя 25. Дополнительный вход третьего перемножителя 25 соединен с выходом блока 29 определения корня квадратного из суммы квадратов, выходы которого соединены с входами первого блока 21 вычисления арктангенса. Между выходами третьего перемножителя 25 и входами второго блока 27 вычисления арктангенса включен накопитель 26 на пачку импульсов. Выход второго блока 27 вычисления арктангенса соединен с входом третьего компаратора 28, выход которого является выходом блока формирования признаков дискретной пассивной помехи.

Блок принятия решений включает в себя ключ 30, вход которого является входом, а выход - выходом блока принятия решений. Управляющий вход ключа 30 соединен с выходом элемента 31 И, входы которого соединены с соответствующими выходами первого 32 и второго 33 элемента ИЛИ. Первый и второй входы первого элемента 32 ИЛИ являются первым и третьим, а первый и второй входы второго элемента ИЛИ являются вторым и четвертым входами блока принятия решений соответственно.

Предложенное двухчастотное устройство подавления пассивных помех работает следующим образом.

Эхо-сигналы первого и второго частотных каналов поступают на вход первого 1 и второго 2 перемножителей соответственно, при аналоговой реализации на выходах которых устанавливаются фильтры. Жестко ограниченные по амплитуде в первом ограничителе 3 сигналы первого частотного канала поступают на другой вход второго перемножителя 2, аналогично, ограниченные во втором ограничителе 4 сигналы второго частотного канала подаются на другой вход первого перемножителя 1. На выходе перемножителей имеются сигналы па разностной частоте, которая определяется разносом несущих частот, двух каналов. Жесткое ограничение необходимо для сохранения динамического диапазона сигналов на выходе перемножителей 1 и 2.

С выхода перемножителей 1, 2 сигналы поступают на первый 5 и второй 6 селекторы движущихся целей. В качестве селекторов 5, 6 движущихся целей можно использовать схему однократной компенсации пассивных помех (В.А. Лихарев "Цифровые методы и устройства в радиолокации", "Сов. радио", 1973 г., стр. 132, рис. 212б).

В селекторах 5, 6 движущихся целей осуществляется подавление сигналов, отраженных от местных предметов, гидрометеоров, протяженных пассивных помех, а также дискретных пассивных помех (в том числе и "ангелов"). Однако из-за расширения спектра флюктуаций сигналов пассивных помех при перемножении на выходе селекторов 5, 6 движущихся целей появляются нескомпенсированные остатки режектируемых сигналов.

В блоках 7 и 8 нормирования (в качестве которых могут быть использованы устройства (авт. свид. № 504305, М.кл³ Н04В 1/10, 1974 г.) нескомпенсированные остатки протяженных пассивных помех нормируются к уровню собственных шумов, тогда как сигналы от дискретных объектов проходят блоки 5, 6 нормирования без изменений и появляются на экране индикатора РЛС в виде целеподобных отметок.

Для повышения помехозащищенности от дискретных пассивных помех в двухчастотное устройство подавления дополнительно введены блоки 10, 11 формирования признаков дискретных пассивных помех, в которых оценивается радиальная скорость перемещения объектов по величине доплеровского набега фазы за период, оценка фазы сравнивается с заданным пороговым значением и в случае малой скорости вырабатывается признак бланкирования. При этом учитывается то, что дискретные пассивные помехи имеют скорости, не превышающие скорости ветра (т.е. не более 120 км/ч).

Сигналы с выходов блоков 7 и 8 нормирования объединяются в сумматоре 9 и поступают на вход блока 12 принятия решений.

Для стабилизации уровня ложных тревог введены компараторы 13 и 14, в которых производится сравнение сигналов на выходе блоков 7 и 8 нормирования с порогом и вырабатывается признак превышения уровня шумов. Порог компараторов 13, 14 задается исходя из среднего уровня собственных шумов блоков 7 и 8 нормирования.

В блоке 12 принятия решений формируется результирующий признак бланкирования, управляющий появлением информации на его выходе. На выходе блока 12 принятия решений сигналы появляются только в том случае, если хотя бы в одном частотном канале превышен фазовый порог и хотя бы в одном частотном канале превышен порог по уровню собственных шумов блоков 7, 8 нормирования.

Блоки 10, 11 формирования признаков дискретных пассивных помех работают следующим образом.

С помощью фазовых детекторов 15 и 16, генератора опорного напряжения 18, фазовращателя 17 на 90° эхо-сигналы на промежуточной частоте, действующие на входе блоков 10, 11 преобразуются в видеосигналы квадратурных каналов. Видеосигналы квадратур затем преобразуются в цифровые коды при помощи аналого-цифровых преобразователей 19, 20.

Далее в первом блоке 21 вычисления арктангенса определяется текущая фаза вектора сигнала, а в первом блоке 29 определения корня квадратного из суммы квадратов - модуль вектора сигнала. С помощью элемента 22 памяти на период повторения и вычитателя 23 вычисляется межпериодная межчастотная разность фаз (доплеровский набег фазы за период). В синусно-косинусном преобразователе 24 формируется единичный вектор с вычисленной фазой. Единичный вектор в третьем перемножителе 25 умножается на модуль вектора, который получен в первом блоке 29 определения корня квадратного из суммы квадратов и поступает на накопитель 26, в качестве которого можно использовать рециркулятор-накопитель с коэффициентом обратной связи меньше 1 (см. «Справочник по радиолокации», под ред. М. Сколника "Сов. радио", 1979 г., стр. 309, рис. 25). Синусно-косинусное преобразование и умножение на модуль вектора позволяет повысить эффективность накопления по пачке импульсов и уменьшить дисперсию оценки фазы, которая определяется во втором блоке 27 вычисления арктангенса. Полученная оценка фазы в третьем компараторе 28 сравнивается с постоянным порогом, который можно изменять в зависимости от помеховой обстановки, от анализатора помеховой обстановки (на фиг. 1 и 2 не показано) и по результатам сравнения в третьем компараторе 28 формируется признак превышения фазы.

Появление признака превышения свидетельствует о невыполнении неравенства

где - оценка фазы, - пороговое значение фазы.

Блок 12 принятия решений работает следующим образом.

На управляющие входы 1 и 2 поступают признаки превышения фазы с выхода блоков 10 и 11, которые объединяются в первом элементе 32 ИЛИ. На управляющие входы 3 и 4 поступают признаки превышения уровня шумов с выхода компараторов 13 и 14, которые объединяются во втором элементе 33 ИЛИ. Результирующие признаки превышения фазы и признаки превышения уровня шумов двух частотных каналов объединяются в элементе 31 И, выход которого соединен с управляющим входом ключа 30. Вход ключа 30 является входом, а выход - выходом блока 12 принятия решений. Ключ 30 открыт только в том случае, если действует хотя бы один признак превышения фазы и хотя бы один признак превышения уровня шумов.

Использование изобретения позволит существенно снизить количество ложных отметок от дискретных пассивных помех на экране индикатора РЛС.

В целях проверки эффективности предлагаемого устройства проводилось математическое моделирование его работы на ЭВМ БЭСМ-6.

Исходные данные:

относительная расстройка несущих частот - 1,87%;

форма доплеровского спектра дискретной пассивной помехи - гауссовская;

относительная ширина (двухсторонняя) доплеровского спектра помехи по уровню - 20 дБ - 0,2;

частота повторения 365 Гц.

Результаты моделирования показали: применение методов бланкирования уменьшает количество сигналов от дискретных пассивных помех на 80-90%, при этом вероятность бланкирования цели составляет 0,1.

На предприятии был разработан макет устройства, включающего в себя блоки 10, 11 формирования признаков дискретной пассивной помехи, блок 12 принятия решений и блоки 7, 8 нормирования, которые прошли испытания на полигоне в составе РЛК 5Н87 совместно со штатными системами помехозащиты. Результаты экспериментальных исследований макета показали, что число ложных отметок снижается на 70-80%.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в двухчастотных РЛС, не имеющих в своем составе когерентного гетеродина. Достигаемый технический результат - повышение эффективности подавления эхо-сигнала дискретных пассивных отражателей. Указанный результат достигается за счет того, что селектор содержит определенным образом соединенные между собой два блока селекции движущихся целей, сумматор, два перемножителя, два фильтра разностной частоты, два ограничителя, два блока нормировки остатков подавления протяженных пассивных помех, два обнаружителя эхо-сигнала дискретных отражателей, два компаратора, два элемента ИЛИ, элемент И и ключ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Селектор эхо-сигнала движущихся целей для двухчастотного радиолокатора, содержащий первый блок селекции движущихся целей, сумматор, последовательно соединенные первый перемножитель и первый фильтр разностной частоты, последовательно соединенные второй перемножитель и второй фильтр разностной частоты, первый ограничитель, выход которого соединен с вторым входом второго перемножителя, и второй ограничитель, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя, при этом соединенные между собой входы первого перемножителя и первого ограничителя и соединенные между собой входы второго перемножителя и второго ограничителя являются первым и вторым входами селектора эхо-сигнала движущихся целей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности подавления эхо-сигнала дискретных пассивных отражателей, введены второй блок селекции движущихся целей, два блока нормировки остатков подавления протяженных пассивных помех, два обнаружителя эхо-сигнала дискретных отражателей, два компаратора, два элемента ИЛИ, элемент И и ключ, выход которого является выходом селектора эхо-сигнала движущихся целей, причем выход первого фильтра разностной частоты соединен через последовательно соединенные первый блок селекции движущихся целей, первый обнаружитель эхо-сигналов дискретных отражателей, первый элемент ИЛИ и элемент И с управляющим входом ключа, выход второго фильтра разностной частоты соединен через последовательно соединенные второй блок селекции движущихся целей и второй обнаружитель эхо-сигналов дискретных отражателей с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход первого блока селекции движущихся целей через первый блок нормировки остатков подавления протяженных пассивных помех с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом ключа, и входом первого компаратора, выход которого соединен через второй элемент ИЛИ с вторым входом элемента И, а выход второго блока селекции движущихся целей соединен через второй блок нормировки остатков подвления протяженных пассивных помех с вторым входом сумматора и входом второго компаратора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ.

2. Селектор эхо-сигналов движущихся целей по п. 1, отличающийся тем, что обнаружитель эхо-сигналов дискретных отражателей содержит последовательно соединенные первый фазовый детектор, первый аналого-цифровой преобразователь, первый вычислитель фазы вектора сигнала, блок вычитания и синусно-косинусный преобразователь, последовательно соединенные второй фазовый детектор и второй аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с вторым входом первого вычислителя фазы вектора сигнала, генератор опорных колебаний, фазовращатель на 90°, блок задержки на период повторения, включенный между выходом первого вычислителя фазы вектора сигнала и вторым входом блока вычитания, вычислитель модуля вектора сигнала, последовательно соединенные первый перемножитель, первый накопитель, второй вычислитель фазы вектора сигнала и компаратор, выход которого является выходом обнаружителя эхо-сигналов дискретных отражателей, и последовательно соединенные второй перемножитель и второй накопитель, выход которого соединен с вторым входом второго вычислителя фазы вектора сигнала, причем выход генератора опорных колебаний соединен с опорным входом первого фазового детектора и через фазовращатель на 90° с опорным входом второго фазового детектора, соединенные между собой входы первого и второго фазовых детекторов являются входом обнаружителя эхо-сигналов дискретных отражателей, выходы синусно-косинусного преобразователя соединены с первыми входами первого и второго перемножителей, а выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены с входами вычислителя модуля вектора сигнала, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго перемножителей.