Устройство для вычисления взаимной корреляционной функции в разнесенной радиолокационной системе

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах радиолокации. Данное изобретение направлено на уменьшении частоты дискретизации входного сигнала, что обеспечивает упрощение процедуры вычисления максимума ВКФ и сокращения числа каналов корреляционной обработки. Работа устройства основана на обработке сигналов корреляционной системой, рассчитанной на требуемую относительную задержку сигналов (на ординарной базе). Устройство содержит, по крайней мере, два приемных канала, содержащих приемные средства, аналого-цифровые преобразователи, фазовые детекторы, бинарные квантователи, устройство сдвига доплеровской частоты, генераторы тактовых импульсов, формирователи сигнала управления, коррелятор и устройство восстановления динамического диапазона, включающего амплитудный детектор и умножитель. При этом коррелятор содержит четыре согласованных фильтра, каждый из которых содержит устройства формирования отклика, устройства сравнения и сумматоры совпадений, устройство вычитания, сумматор, устройство определения амплитуды корреляционной функции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах радиолокации.

Известно изобретение "Знаковый коррелятор" (А. с. N 1024933, G 06 F 15/336, 1983 г. , БИ N 23), в котором для получения адекватной оценки знакового коэффициента корреляции, характеризующего исследуемые процессы, проводятся нормирование по сумме модулей и поиск моды функции распределения, что и обеспечивается в данном устройстве. Задачей данного изобретения является повышение точности определения оценок коэффициента знаковой корреляции, что достигается введением в устройство блока управления, блока измерения оценок коэффициентов корреляции, формирователя пилот-сигнала, формирователя импульсов, элемента задержки и регистратора.

Известно также изобретение "Устройство для вычисления взаимной корреляционной функции в разнесенной радиолокационной системе" (А.с. N 1552199, G 01 F 15/336, 23.03.90, БИ N 11), являющееся наиболее близким техническим решением предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, которое содержит два приемных канала, в состав которых входят приемные антенны, приемники, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), формирователи импульсов, генераторы тактовых импульсов, формирователи стробов, элементы И, элемент задержки, коррелятор.

В данном устройстве принятые случайные колебания, преобразованные приемником первого канала, поступают на АЦП, где преобразуются в цифровой код. Этот цифровой код по линии связи передается во второй канал, где по импульсу запуска с выхода генератора тактовых импульсов формирователь стробов формирует строб приема информации второго приемного канала. Длительность этого строба выбирается на основании известных параметров так, что время приема информации на обоих пунктах организуется в момент, когда помехоноситель находится в точке пересечения диаграмм направленности приемных антенн. Во время действия временного строба на втором приемном пункте открывается элемент И. Это позволяет проходить импульсам квантования, формируемым генератором тактовых импульсов, на вход запуска АЦП, который осуществляет преобразование принятых колебаний в цифровой код. Для работы устройства необходимо, чтобы импульсы квантования, вырабатываемые на приемных пунктах, были совмещены во времени.

Цифровые отсчеты принимаемых сигналов с выхода АЦП поступают на вход коррелятора, на второй вход которого поступают цифровые отсчеты с первого приемного пункта. Коррелятор по поступающим цифровым отсчетам принимаемых сигналов первого и второго пунктов производит вычисление взаимной корреляционной функции, которая и выделяется на выходе устройства.

В разнесенных системах вычисление взаимной корреляционной функции (ВКФ) производится для обнаружения сигналов и определения их относительного запаздывания, т.е. нахождения положения максимума ВКФ на оси относительных временных задержек.

В данном устройстве осуществляется обнаружение и определение максимума ВКФ, имеющей огибающую, определяемую спектром сигнала, и высокочастотное заполнение с частотой, равной центральной частоте обрабатываемого сигнала. Для поиска максимума такой ВКФ с приемлемой точностью требуется не менее 4 отсчетов на один период колебаний, т.е. в общей сложности тактовая частота дискретизации должна быть не менее 4 f₀ и удовлетворять теореме Котельникова (Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д.Ширмана. М. : Советское радио, 1970, с. 94, 499. - 560 с.). Поскольку эффективность коррелятора определяется коэффициентом сжатия коррелятора где B - полоса частот коррелятора, T = N·τ_k- длина регистра коррелятора, τ_k - период следования импульсов квантования, N - количество импульсов накопления, то число N должно быть равным Т.е. для определения ВКФ и поиска максимума ВКФ требуется высокая частота дискретизации входного сигнала, практически на порядок выше центральной частоты входного сигнала, и соответственно длина регистров коррелятора должна равняться N.

Для проведения дискретизации входного сигнала в данном устройстве необходимо "К" каналов корреляционной обработки, в противном случае положение максимума ВКФ будет определено неточно.

Данное изобретение направлено на уменьшении частоты дискретизации входного сигнала, что обеспечивает упрощение процедуры вычисления максимума ВКФ, уменьшения длины регистра коррелятора и сокращение числа каналов корреляционной обработки.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее, по крайней мере, два приемных канала, в состав каждого из которых входят приемное средство, аналого-цифровой преобразователь, формирователь сигнала управления, линия связи, генератор тактовых импульсов, а в один из каналов дополнительно входит коррелятор, причем входы приемных средств являются соответственно входами устройства, выходы приемных средств соединены с информационными входами аналого-цифровых преобразователей, а выход коррелятора является выходом устройства, причем в каждый из каналов введены фазовый детектор, по два бинарных квантователя, а в один из каналов дополнительно введено устройство сдвига доплеровской частоты, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с входами фазовых детекторов, два выхода которых соединены с соответствующими входами бинарных квантователей, выходы бинарных квантователей одного из каналов соединены через линию связи с соответствующими входами коррелятора, а выходы бинарных квантователей другого канала соединены с соответствующими входами устройства сдвига доплеровской частоты, выходы которых соединены с соответствующими входами коррелятора, причем один из выходов тактовых генераторов соединен с одним из входов запуска аналого-цифровых преобразователей, другой вход запуска которых соединен с одним из выходов формирователей сигнала управления, входы которых соединены с выходами генераторов тактовых импульсов, при этом выходы формирователей сигнала управления соединены через линию связи, а формирователи сигнала управления выполнены с возможностью временной синхронизации работы приемных каналов.

Кроме того, коррелятор содержит четыре согласованных фильтра, устройство вычитания, сумматор, устройство определения амплитуды взаимно корреляционной функции, причем в каждый из согласованных фильтров входят устройство формирования отклика, устройство сравнения и сумматор совпадений, при этом выход первого бинарного квантователя соединен с устройством сравнения второго и третьего фильтра, выход второго бинарного квантователя соединен с устройством сравнения первого и четвертого фильтров, выход третьего бинарного квантователя соединен с устройством формирования отклика второго и четвертого фильтров, выход четвертого бинарного квантователя соединен с устройством формирования отклика первого и третьего фильтров, а выходы первого и второго сумматоров совпадений соединены с соответствующими входами устройства вычитания, выходы третьего и четвертого сумматоров совпадения соединены с соответствующими входами сумматора, выходы устройства вычитания и сумматора соединены с соответствующими входами устройства определения амплитуды взаимно корреляционной функции, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, в устройство дополнительно введены энергетический амплитудный детектор, умножитель, при этом входы энергетического амплитудного детектора соединены с соответствующими выходами устройства сдвига доплеровской частоты, а выход соединен с одним из входов умножителя, другой вход которого соединен с выходом коррелятора, а выход умножителя является одним из выходов устройства.

Введение в устройство фазовых детекторов, двух бинарных квантователя, устройства сдвига доплеровской частоты и соответствующих связей между ними обеспечивает уменьшение частоты дискретизации входного сигнала, что обеспечивает упрощение процедуры вычисления максимума ВКФ, сокращение числа каналов корреляционной обработки обеспечивается последовательной обработкой нескольких доплеровских каналов, при этом число этих каналов определяется отношением тактовой частоты обработки к тактовой частоте дискретизации.

Изобретение поясняется на примере, показанном на фиг. 1-2.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для вычисления взаимной корреляционной функции в разнесенной радиолокационной системе.

Устройство содержит два приемных канала, содержащих приемные средства 1, 11, аналого-цифровые преобразователи 2, 12, фазовые детекторы 3, 13, бинарные квантователи 4, 5, 14, 15, устройство сдвига доплеровской частоты 16, генераторы тактовых импульсов 6, 9, формирователи сигнала управления 7, 10, линию связи 8, коррелятор 17 и устройство восстановления динамического диапазона, включающее энергетический амплитудный детектор 18, умножитель 19. Выход приемного устройства 1 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, выход которого соединен с входом фазового детектора (ФД) 3, выходы которого соединены соответствующими входами бинарных квантователей 4, 5, выходы которых через линию связи 8 соединены с соответствующими входами коррелятора 17. Выходы генератора тактовых импульсов 6 соединены соответственно с одним из входов запуска АЦП и с входом формирователя сигнала управления 7, а один из выходов формирователя сигнала управления 7 соединен с входом запуска АЦП. Выход приемного устройства 11 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 12, выход которого соединен с входом фазового детектора 13, выходы которого соединены с соответствующими входами бинарных квантователей 14, 15, выходы которых соединены с соответствующими входами устройства сдвига доплеровской частоты 16, выходы которого соединены с соответствующими входами коррелятора 17, а выходы фазового детектора 13 также соединены с соответствующими входами энергетического амплитудного детектора 18, выход которого соединен с одним из входов умножителя 19. Второй вход умножителя 19 соединен с выходом коррелятора 17. Выходы генератора тактовых импульсов 9 соединены соответственно с одним из входов запуска АЦП 12 и с входом формирователя сигнала управления 10, а один из выходов формирователя сигнала управления соединен с входом запуска АЦП 12. Выход формирователя сигнала управления 10 соединен через линию связи 8 с формирователем сигнала управления 7. Выход коррелятора 17 является одним из выходов устройства.

На фиг. 2 приведена функциональная схема коррелятора.

Коррелятор содержит четыре согласованных фильтра, каждый из которых содержит устройства формирования отклика 22, 23, 26, 29, устройства сравнения 21, 24, 27, 30 и сумматоры совпадений 20, 25, 28, 31, устройство вычитания 32, сумматор 33, устройство определения амплитуды корреляционной функции 34.

Устройство работает следующим образом.

Принятые сигналы преобразуются приемными средствами 1 (находящимися, например, на выносном пункте - ВП) и 11 (находящимися, например, на центральном пункте - ЦП) и поступают на АЦП 2, 12. Далее поступают на модули предварительной обработки сигналов, включающие фазовые детекторы 3, 13 выходы которых соединены с соответствующими входами бинарных квантователей 4, 5, 14, 15, выходы 14, 15 которых соединены с соответствующими входами устройства сдвига доплеровской частоты 16. Один из возможных вариантов осуществления фазовых детекторов приведен в книге Ю.В. Воронов. Применение микропроцессоров в устройствах приема и обработки сигналов. - Нижний Новгород, 1993, с. 13-14, рис.1.7, Сигналы с выходов устройств сдвига доплеровской частоты поступают на соответствующие входы коррелятора 17. Генератор тактовых импульсов 9 соединен соответственно с одним из входов запуска АЦП 12 и с входом формирователя сигнала управления 10, а один а один из выходов формирователя сигнала управления соединен с входом запуска АЦП 12. Выход формирователя сигнала управления 10 соединен через линию связи 8 с формирователем сигнала управления 8. Сигналы обрабатываются корреляционной системой, рассчитанной на требуемую максимальную относительную задержку сигналов, зависящую от расстояния между приемными средствами 1 и 11 и необходимого коэффициента сжатия. Модуль предварительной обработки сигналов служит для поддержания синхронного режима приема входных сигналов, оцифровки сигналов, фазового детектирования сигналов и доплеровского сдвига частот. Для синхронизации работы используется передача синхронизирующих и управляющих сигналов от формирователя сигналов управления 10 к формирователю сигналов 7.

Принцип доплеровского сдвига частоты знаковых и квадратурных сигналов состоит в изменении знака квадратур сигнала в соответствии с определенным правилом, изменяемый параметр в котором зависит от требуемого доплеровского сдвига частоты.

Устройство восстановления динамического диапазона дает возможность измерять амплитуду взаимно-корреляционной функции умножением коэффициента корреляции на величину мощности, получаемую в амплитудном детекторе 18. Один из возможных вариантов осуществления амплитудного детектора описан в авторском свидетельстве N 171027, опубл. 22.06.1965.

Принцип когерентной корреляционной обработки фиг. 2 (нахождении ВКФ квадратуры входных сигналов (Re и Im)) заключается в одновременной записи сигналов в сдвиговые регистры, при этом квадратуры входных сигналов поступают на вход регистров синхронно с тактовыми импульсами и также синхронно в регистрах происходит сдвиг ранее поступивших в них сигналов. Когда регистры заполняются в установленную заранее рабочую длину, то квадратуры сигнала ЦП начинают заполнять вторые сдвиговые регистры. А в первых сдвиговых регистрах квадратуры сигналов не сдвигаются. В это время квадратуры сигналов с ВП продолжают поступать на свои сдвиговые регистры и сдвигаются в них. С момента остановки квадратур сигнала ЦП в первых сдвиговых регистрах начинается сравнение этих остановленных квадратур с квадратурами сигналов с ВП. Сравнение происходит в соответствии с логикой "Исключающее ИЛИ" и результаты сравнения подаются на сумматоры, которые, просуммировав все биты (результаты сравнения) выдают результат в виде двоичных чисел. Двоичные числа, являющиеся результатом сравнения Re с Re и Im с Im, вычитаются, а двоичные числа, являющиеся результатом сравнения Re с Im и Im с Re, складываются. В результате на каждом рабочем тракте мы имеем два двоичных числа, которые являются квадратурами ВКФ. Описанный процесс продолжается в течение числа тактов, определяемого максимальной требуемой относительной задержкой сигналов.

Предлагаемое устройство обеспечивает упрощение процедуры определения положения максимума ВКФ, так как ищется положение максимума огибающей ВКФ на оси относительных временных задержек сигналов и сокращения числа операций по обработке за счет уменьшения частоты дискретизации входного сигнала и соответствующего уменьшения числа импульсов накопления N, а также сокращение числа аппаратных доплеровских каналов обработки сигналов.

Формула изобретения

1. Устройство для вычисления взаимной корреляционной функции в разнесенной радиолокационной системе, содержащее, по крайней мере, два приемных канала, в состав каждого из которых входят приемные средства, аналого-цифровой преобразователь, формирователь сигнала управления, линия связи, генератор тактовых импульсов, а в один из каналов дополнительно входит коррелятор, причем входы приемных средств являются соответственно входами устройства, выходы приемных средств соединены с информационными входами аналого-цифровых преобразователей, а выход коррелятора является выходом устройства, отличающееся тем, что в каждый из каналов введены фазовый детектор, по два бинарных квантователя, а в один из каналов дополнительно введено устройство сдвига доплеровской частоты, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с входами фазовых детекторов, два выхода которых соединены с соответствующими входами бинарных квантователей, выходы бинарных квантователей одного из каналов соединены через линию связи с соответствующими входами коррелятора, а выходы бинарных квантователей другого канала соединены с соответствующими входами устройства сдвига доплеровской частоты, выходы которого соединены с соответствующими входами коррелятора, причем один из выходов тактовых генераторов соединен с одним из входов запуска аналого-цифровых преобразователей, другой вход запуска которых соединен с одним из выходов формирователей сигнала управления, входы которых соединены с выходами генераторов тактовых импульсов, при этом выход одного из формирователей сигнала управления соединен со входом другого формирователя сигнала управления через линию связи, а формирователи сигнала управления выполнены с возможностью временной синхронизации работы приемных каналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коррелятор содержит четыре согласованных фильтра, устройство вычитания, сумматор, устройство определения амплитуды взаимно корреляционной функции, причем в каждый из согласованных фильтров входят устройство формирования отклика, устройство сравнения и сумматор совпадений, при этом входы устройств сравнения второго и третьего фильтра являются первым входом коррелятора, входы устройств сравнения первого и четвертого фильтров являются вторым входом коррелятора, входы устройств формирования отклика второго и четвертого фильтров являются третьим входом коррелятора, входы устройств формирования отклика первого и третьего фильтров являются четвертым входом коррелятора, а выходы первого и второго сумматоров совпадений соединены с соответствующими входами устройства вычитания, выходы третьего и четвертого сумматоров совпадения соединены с соответствующими входами сумматора, выходы устройства вычитания и сумматора соединены с соответствующими входами устройства определения амплитуды взаимно корреляционной функции, выход которого является выходом устройства.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в него дополнительно введены амплитудный детектор и умножитель, при этом входы амплитудного детектора соединены с соответствующими выходами фазового детектора, а выход соединен с одним из входов умножителя, другой вход которого соединен с выходом коррелятора, а выход умножителя является одним из выходов устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями

Изменения:Публикацию о досрочном прекращении действия патента на изобретение считать недействительной

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2005

Извещение опубликовано: 10.04.2005        БИ: 10/2005