Устройство квадратурной обработки сигналов

 

Использование: в радиотехнике. Сущность изобретения: устройство обработки радиосигналов содержит один блок 1 выборки и хранения, три блока 2, 3, 4, задержки, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 обработки, элемент ИЛИ 7, временный преобразователь 8 и два регистра 9, 10. 2 ил.

Устройство относится к области обработки радиосигналов преимущественно когерентно-импульсных РЛС при использовании устройства цифровой фильтрации, например, по алгоритму быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Известно устройство обработки [1] содержащее два смесителя, фазовращатель, два устройства выборки и хранения (УВХ), коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (либо два АЦП) и устройство цифровой фильтрации, причем на сигнальные входы смесителя поступает принимаемый сигнал, а на гетеродинный вход одного из смесителей подается напряжение гетеродина непосредственно, а другого через фазовращатель на π /2, выходы смесителей соединены с входами соответствующих УВХ, входы которых соединены с соответствующими входами коммутатора (либо с входами соответствующих АЦП), выход которого соединен с входом АЦП (либо с входами двух АЦП).

Недостаток аналога состоит в том, что в широком динамическом диапазоне входных сигналов, что приводит к недопустимому уровню паразитных (зеркальных) компонентов. Применение сложных систем автоматической балансировки амплитуд и фаз также не позволяет устранить этот недостаток во всем динамическом диапазоне входных сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство [2] где сохранены все блоки аналога с тем отличием, что вместо преобразователя Гильберта выведен элемент задержки (ЭЗ) на интервал времени, равный 1/4 f_o, где f_о частота входного сигнала.

Это устройство обладает теми же недостатками. что и аналог, так как не обеспечивает требуемый баланс амплитуд и фаз из-за прохождения сигналов по разным цепям, а следовательно, приводит к недостаточному подавлению паразитных (ложных) сигналов на выходе устройства.

Целью изобретения является уменьшение уровня паразитных (зеркальных) составляющих (ложных сигналов) на выходе устройства, связанных с разбалансом квадратурных составляющих по амплитуде и фазе, а также упрощения аппаратуры.

Цель достгается тем, что в устройство введены элемент ИЛИ, два блока задержки, временной преобразователь (ВП), два регистра, а также связи между ними.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит блок 1 выборки и хранения, блоки 2, 3 и 4 задержки АЦП 5, блок 6 обработки сигналов, элемент ИЛИ 7, ВП 8 и регистры 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

С выхода усилителя промежуточной частоты приемного устройства РЛС принятый сигнал, представляющий собой в общем случае аддитивную смесь полезного сигнала (отражений от движущейся цели), шума и отражений от подстилающей поверхности, подается на вход блока 1 выборки и хранения, являющийся входом устройства (Вх1). Из синхронизатора РЛС через вход (Вх2) на входы элемента ИЛИ 7 непосредственно и через блок 2 задержки поступают две последовательности импульсов дискретизации прямая и задержанная (парные импульсы). Выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом блока 1 и входом второго блока 3 задержки, выход которого соединен с управляющим входом АЦП 5 и входом ВП 8. Выходы последнего соединены с управляющими входами соответствующих регистров 9 и 10, воды которых соединены с выходами АЦП. Выходы регистров соединены с сигнальными входами (синусным и косинусным) блока 6 обработки сигналов, синхровход которого соединен с одним из выходов ВП 8 через блок 4 задержки.

На фиг. 2а показаны импульсы дискретизации, поступающие на вход (Вх2) устройства, имеющие частоту повторения, равную промежуточной либо находящуюся с ней в кратном отношении. На выходе блока 1 при этом образуется последовательность импульсов, уровень которых соответствует мгновенным значениям входного сигнала в моменты окончания управляющих импульсов, причем этот уровень для каждой последовательности неизменен, когда отражающий объект (цель) неподвижен. Если цель движущаяся, то несущая частота сигнала отличается от величины f_пр на значение доплеровской частоты, в результате чего импульсы дискретизации производят выборки из напряжения сигнала, находящегося в разных фазах. В результате огибающие выборок от обеих последовательностей и соответствующих запомненных значений на выходе блока 1 не представляются постоянным напряжением, а приобретают модуляцию доплеровской частоты. Отражения от неподвижных местных предметов отфильтровываются в процессе дальнейшей обработки.

Данное устройство может быть с успехом использовано в бортовых РЛС, работающих на фоне отражений от земной поверхности. В этом случае целесообразно переносить в область нулевой частоты доплеровский сдвиг отражений от земли, поступающих в направлении главного луча диаграммы направленности антенны, для чего достаточно отслеживать доплеровскую частоту этих отражений путем соответствующих изменений частоты дискретизации f_δ Как указано в прототипе, величина задержки (τ_з1) равна 1/4 f_пр где Т_пр период промежуточной частоты. Однако эту задержку можно увеличивать, добавляя нечетное число т.е. в общем виде τ_з= (2n+1) что обеспечивает взятие выборок, соответствующих мгновенным значениям квадратурных составляющих сигнала. Для нормальной работы предлагаемого устройства необходимо, чтобы минимальный интервал между импульсами прямой и задержанной последовательно- стей удовлетворял условию τ_min≥ где F_с максимальная частота преобразования АЦП 5. Отсюда следует, что когда τ_з1 ≅ τ_min= τ_з1≥ когда ≅ T_з1 < Т_д, условие τ_{з 1} выражается ≅ τ_зmin<T _g- Выполнение этих условий обеспечивается указанной выше возможностью выбирать частоту повторения импульсов дискретизации из условия кратности промежуточной частоты и частоты дискретизации. При уменьшенной частоте дискретизации выполнение ограничений на величину τ_з1, связанных с реальным быстродействием АЦП 5 (Fс), не вызывает затруднений.

На фиг. 2б представлены две последовательности импульсов дискретизации: исходной и задержанной (последняя заштрихована) на величину τ_з1.

На фиг.2в показано колебание промежуточной частоты (входной сигнал).

На фиг.2г представлен аналоговый сигнал на выходе блока 1, причем чередующиеся ступеньки соответствуют отсчетам мгновенных значений сигнала промежуточной частоты в моменты окончания импульсов дискретизации. Четные ступеньки соответствуют одной квадратурной составляющей, нечетные другой. Выбросы в начале ступеньки связаны с переходными процессами в блоке 1.

На фиг. 2д показаны две последовательности импульсов дискретизации, задержанные на интервал времени τ_з2. Задержка на τ_з2 позволяет исключить область переходных процессов в блоке 1 при дальнейшей обработке сигнала. Передние фронты синхронизирующих импульсов определяют моменты поступления и обновления информации в АЦП 5 попеременно синусной и косинусной составляющих входного сигнала, что показано на фиг.2е.ВП 8 преобразует две последовательности импульсов дискретизации в последовательность импульсов с длительностью τ_з1 на одном из своих выходов и аналогичную, но инвертированную последовательность с длительностью Т_д- τ_з1 на другом (фиг.ж и 2з). По передним фронтам первой последовательности импульсов (фиг.2ж) осуществляется перезапись в первом регистре 9 для записи обновленной информации синусной составляющей с выхода АЦП 5 (фиг.2ж и 2и), которая хранится в этом регистре до переднего фронта следующего импульса. По передним фронтам во втором регистре 10 обновленной информации по косинусной составляющей с выхода АЦП 5 (фиг.2з и 2к), которая хранится в этом регистре до переднего фронта следующего импульса этой последовательности. Указанная на временной диаграмме (фиг.2ж и 2з) задержка τ_з4 необходима для компенсации времени срабатывания АЦП 5, предлагается, что эта задержка осуществляется во ВП. Одновременность дальнейшей обработки информации по обеим квадратурным составляющим обеспечивается за счет задержки импульсов первой последовательности (фиг.2ж) на блоке 4 задержки (фиг.1) на интервал времени τ_з3 (фиг.2л), подаваемых на вход синхронизации блока 6.

Таким образом, в предложенном устройстве введенные блоки и связи позволяют обеспечить формирование обеих квадратурных составляющих в одном и том же единственном блоке выборки и хранения, что обеспечивает снижение уровня ложных сигналов на выходе устройства обработки, Упрощение аппаратуры связано с устранением второго блока выборки и хранения, что снимает высокие требования, предъявляемые к их идентичности в широком диапазоне внешних условий, что приводит к весьма значительному усложнению аппаратуры.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО КВАДРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ, содержащее блок выборки и хранения, вход которого является сигнальным входом устройства, блок задержки, вход которого является синхровходом устройства, а также аналого-цифровой преобразователь и блок обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости за счет уменьшения амплитудно-фазового разбаланса квадратурных каналов, в него введены последовательно соединенные элемент ИЛИ, второй блок задержки и временной преобразователь, причем первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с входом и выходом блока задержки, а выход с управляющим входом блока выборки и хранения, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом второго блока задержки, а также третий блок задержки, выход которого соединен с управляющим входом блока обработки сигналов, первый и второй регистры, сигнальные входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы с соответствующими сигнальными входами блока обработки сигналов, прямой и инверсный выходы временного преобразователя соединены соответственно с синхровходом первого регистра и входом третьего блока задержки и с синхровходом второго регистра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2