ЦИФРОВОЙ ДАЛЬНОМЕР Советский патент 1998 года по МПК G01S7/18 

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться для измерения дальности цели в обзорных радиолокационных станциях (РЛС) с цифровой обработкой сигналов.

Известен измеритель координат по пачке бинарно-квантованных сигналов, содержащий квантизатор, обнаружитель, генератор импульсов дальности, счетчик дальности и счетчик обнаружений [1].

Однако такой измеритель имеет невысокую точность дальнометрии, которая зависит от интервала временного квантования t_k, обычно выбираемого из условия сохранения разрешающей способности РЛС примерно равным длительности зондирующего импульса τ_и. При этом точность измерения характеризуется среднеквадратической ошибкой оценки времени запаздывания

Выбор интервала временного квантования t_k, соизмеримого с длительностью зондирующего импульса τ_и, ограничивает точность измерения дальности. Увеличение точности дальнометрии известного измерителя путем уменьшения интервала t_к не представляется возможным, поскольку возникающий при этом эффект дробления пачки приводит к появлению ложных целей, расположенных на смежных строках ("кольцах") дальности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровой дальномер, содержащий последовательно соединенные квантизатор и обнаружитель, счетчик обнаружений, блок считывания, счетчик дальности, регистр совпадений и генератор импульсов, первый выход которого соединен с управляющими входами квантизатора и обнаружителя, а второй выход - с управляющим входом блока считывания и счетным входом счетчика дальности, причем выходы счетчика дальности соединены с первыми входами регистра совпадений, а выход блока считывания соединен с вторыми входами регистра совпадений [2].

Однако в таком дальномере повышение точности с помощью нониусного метода возможно только при сочетании аналогового обнаружения и цифрового измерителя. При цифровом построении обнаружителя схема не обеспечивает повышения точности измерения, поскольку сигнал обнаружения в этом случае выдается в дискретные моменты времени, кратные интервалу t_к. Таким образом, уже при квантовании радиолокационных сигналов теряется информация об истинной дальности цели, что приводит к появлению ошибки, обусловленной временной дискретностью.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Для этого в предлагаемый цифровой дальномер введены блок фиксации окончания обнаружения, элемент задержки, элемент ИЛИ и последовательно соединенные инвертор кода и сумматор, причем выход обнаружителя соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход блока фиксации окончания обнаружения - с выходом элемента задержки, вторым входом элемента ИЛИ и выходом блока считывания. Выход элемента задержки связан с обнуляющим входом счетчика обнаружений, выход элемента ИЛИ - с четным входом счетчика обнаружений, выходы которого соединены с соответствующими входами инвертора кода. Выходы регистра совпадений соединены с вторыми входами сумматора, а выход блока фиксации окончания обнаружения соединен с выходом обнаружителя.

На фиг.1 показана структурная электрическая схема предлагаемого дальномера; на фиг. 2 приведены эпюры, поясняющие его работу; на фиг.3 изображен блок фиксации окончания обнаружения.

Дальномер содержит последовательно соединенные квантизатор 1 и обнаружитель 2, счетчик 3 обнаружений, блок 4 считывания, счетчик 5 дальности, регистр 6 совпадения и генератор 7 импульсов, первый выход которого соединен с управляющими входами квантизатора 1 и обнаружителя 2, а второй выход - с управляющим входом блока 4 считывания и счетным входом счетчика 5 дальности. Выходы счетчика 5 дальности связаны с первыми входами регистра 6 совпадений, а выход блока 4 считывания - с вторыми входами регистра 6 совпадений. Дальномер содержит блок 8 фиксации окончания обнаружения, элемент 9 задержки, элемент ИЛИ 10 и последовательно соединенные инвертор 11 кода и сумматор 12. Выход обнаружителя 2 соединен с первым входом элемента ИЛИ 10 и входом блока 8 фиксации окончания обнаружения, выход которого соединен с входом элемента 9 задержки, вторым входом элемента ИЛИ 10 и входом блока 4 считывания. Выход элемента задержки соединен с обнуляющим входом счетчика 3 обнаружений, выход элемента ИЛИ 10 - со счетным входом счетчика 3 обнаружений, выходы которого соединены с соответствующими входами инвертора 11 кода, а выходы регистра 6 совпадений соединены с вторыми входами сумматора 12.

Дальномер работает следующим образом. С выхода радиолокационного приемника (на чертеже не показан) на вход квантизатора 1 поступает искаженная шумами пачка импульсов от цели (фиг. 2,а). В квантизаторе 1 импульсы пачки подвергаются амплитудно-временному квантованию. При этом временное квантование осуществляется с интервалом t_к, в несколько раз меньшим длительности импульса τ_и, т.е. где b > 1. Данное условие обеспечивается соответствующим выбором периода повторения импульсов генератора 7 импульсов, управляющего работой квантизатора 1 и обнаружителя 2, а также автосъемом дальности (блоки 4, 6 и 5). Квантованная пачка изображена на фиг. 2,б. При выбранном интервале временного квантования вместо одного видеоимпульса образуется несколько стандартных импульсов ("единиц"). Квантовая пачка теперь содержит больше информации о временном положении неквантованных импульсов, чем в случае t_к ≃ t_и. Кроме того, в известной мере сохраняется информация о длительности неквантованных импульсов, что имеет существенное значение для дальнейшей обработки.

Обнаружитель 2 обрабатывает поступающие на него квантованные радиолокационные сигналы. При этом пачка, располагаясь в нескольких смежных кольцах дальности (ширина кольца дальности соответствует ), благодаря сохранению информации о ширине импульса всегда образует какую-то общую зону перекрытия или зацепления по дальности, в которой заданный критерий обнаружения выполняется несколько раз, в результате чего на выходе обнаружителя 2 возникает такое же число следующих друг за другом по дальности сигналов обнаружения (фиг. 2,в). Начальному сигналу обнаружения соответствует дальность R_н, а конечному R_к. Очевидно, что истинная дальность R_и находится между этими значениями, т.е. R_н<R_и<R_к. Общее число отсчетов от каждой цели равно числу обнаружений v (в идеальном случае при отсутствии шумов v=b). Предложенный дальномер позволяет, исключив ложные отсчеты, образовать один отсчет дальности повышенной точности.

С выхода обнаружителя 2 последовательность v сигналов (импульсов) обнаружения, соответствующих одной цели и следующих с интервалом (фиг. 2,в), поступает на вход блока 8 фиксации окончания обнаружения и через элемент ИЛИ 10 - на счетный вход счетчика 3 обнаружений. После первого необнаружения блок 8 образует стандартный импульс (фиг. 2,г). Этот импульс через элемент ИЛИ 10 поступает на счетный вход счетчика 3 обнаружений, показания которого теперь становятся равными v+1. Этот же импульс поступает на блок 4 считывания, который осуществляет считывание показаний счетчика 5 дальности.

Пример выполнения блока фиксации окончания обнаружения приведен на фиг. 3. Блок содержит SR-триггер 13, S-вход которого соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ 14, другой вход элемента ИЛИ-НЕ 14 подключен к инверсному выходу триггера 13, а выход - к R-входу триггера 13. Блок работает следующим образом. Первый импульс обнаружения переводит триггер 13 в состояние "1", при этом инверсный выход принимает состояние "0". Первое необнаружение на выходе обнаружителя 2, т. е. появление сигнала "0", приводит к появлению "1" на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14, которая возвращает триггер 13 в прежнее состояние, в результате чего на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 образуется импульс.

На счетный вход счетчика 5 дальности с генератора 7 импульсов поступают импульсы, следующие с интервалом .

Показания счетчика дальности соответствуют номеру кольца дальности, информация с которого обрабатывается в обнаружителе 2. Таким образом, при появлении первого сигнала обнаружения, соответствующего дальности R_н, показания счетчика дальности равны N_н, а при появлении последнего сигнала обнаружения равны N_к. Поскольку импульс на выходе блока 8 появляется вслед за последним сигналом обнаружения, то считанные с помощью блока 4 считывания и регистра 6 совпадений показания счетчика дальности равны N_к+1. Считывание происходит в момент окончания переходных процессов в счетчике 5 дальности, что обеспечивается появлением импульса считывания на выходе блока считывания между двумя соседними импульсами генератора импульсов и может быть реализовано путем соответствующей задержки выходного импульса блока 8 по отношению к ближайшему импульсу генератора 7 импульсов.

В сумматоре 12 считанные показания счетчика дальности 5 суммируются с представленными в обратном коде с помощью инвертора кода 11 показаниями счетчика 3 обнаружений. При этом показания счетчика обнаружений суммируются с прямым кодом показаний счетчика дальности со сдвигом на один разряд в сторону младших разрядов, что эквивалентно делению на два. Итак на выходе сумматора 12 образуется число

Это число соответствует середине квантованной пачки, т.е. является двоичным кодом истинной дальности цели R_и (фиг. 2).

После поступления на вход сумматора 12 показаний счетчика 3 обнаружений задержанный на соответствующий интервал в элементе 9 задержки выходной импульс блока 8 устанавливает счетчик 3 обнаружения на нуль. Устройство оказывается подготовленным к измерению дальности следующей цели.

Очевидно, что в идеальном случае, т.е. при отсутствии шумов, точность измерения повышается пропорционально уменьшению интервала временного квантования. При наличии шумов точность измерения характеризуется среднеквадратической ошибкой оценки времени запаздывания σ_τ. Проведенное моделирование предложенного дальномера на ЦВМ показало, что за счет образования кода дальности из двух отсчетов, характеризующих временное положение и ширину обнаруженной пачки, среднеквадратическая ошибка измерения времени запаздывания что по сравнению с величиной, определяемой формулой (1), при выбранном интервале соответствует повышению точности в 4,5 раза.

Таким образом, предложенный цифровой дальномер, не допуская ложных отсчетов за счет "дробления пачки", позволяет существенно повысить точность дальнометрии.

Цифровой дальномер, содержащий последовательно соединенные квантизатор и обнаружитель, счетчик обнаружений, блок считывания, счетчик дальности, регистр совпадений и генератор импульсов, первый выход которого соединен с управляющими входами квантизатора и обнаружителя, а второй выход - с управляющим входом блока считывания и счетным входом счетчика дальности, причем выходы счетчика дальности соединены с первыми входами регистра совпадений, а выход блока считывания соединен с вторыми входами регистра совпадений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, введены блок фиксации окончания обнаружения, элемент задержки, элемент ИЛИ и последовательно соединенные инвертор кода и сумматор, причем выход обнаружителя соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход блока фиксации окончания обнаружения соединен с входом элемента задержки, вторым входом элемента ИЛИ и входом блока считывания, выход элемента задержки соединен с обнуляющим входом счетчика обнаружений, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика обнаружений, выходы которого соединены с соответствующими входами инвертора кода, выходы регистра совпадений соединены с вторыми входами сумматора, а вход блока фиксации окончания обнаружения соединен с выходом обнаружителя.

Цифровой дальномер, содержащий последовательно соединенные квантизатор и обнаружитель, счетчик обнаружений, блок считывания, счетчик дальности, регистр совпадений и генератор импульсов, первый выход которого соединен с управляющими входами квантизатора и обнаружителя, а второй выход - с управляющим входом блока считывания и счетным входом счетчика дальности, причем выходы счетчика дальности соединены с первыми входами регистра совпадений, а выход блока считывания соединен с вторыми входами регистра совпадений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, введены блок фиксации окончания обнаружения, элемент задержки, элемент ИЛИ и последовательно соединенные инвертор кода и сумматор, причем выход обнаружителя соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход блока фиксации окончания обнаружения соединен с входом элемента задержки, вторым входом элемента ИЛИ и входом блока считывания, выход элемента задержки соединен с обнуляющим входом счетчика обнаружений, выход элемента ИЛИ соединен с счетным входом счетчика обнаружений, выходы которого соединены с соответствующими входами инвертора кода, выходы регистра совпадений соединены с вторыми входами сумматора, а вход блока фиксации окончания обнаружения соединен с выходом обнаружителя.