Способ обработки сигналов при двухканальной амплитудной пеленгации

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обработки сигналов при амплитудной пеленгации. Технический результат заключается в повышении точности определения направления на источник радиоизлучения при законе распределении смеси сигнала и шума, отличном от гауссовского. Способ обработки сигналов при двухканальной амплитудной пеленгации заключается в том, что формируют диаграмму направленности, перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, обнаруживают сигнал, перемещают диаграмму направленности в секторе поиска, по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта, при определенном коэффициенте усиления производят перемещение диаграммы направленности в обе стороны сектора пеленгования, по снятым при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центра тяжести и по среднему значению абсцисс - пеленг, формируют пару диаграмм направленности, сдвинутых на ширину диаграммы направленности по уровню -3 дБ, вычисляют корреляционный интеграл по способу совпадения полярностей перед обнаружением сигнала, перемещают пару диаграмм направленности в секторе поиска, при определенном коэффициенте усиления производят перемещение пары диаграмм направленности в обе стороны сектора пеленгования. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обработки сигналов при амплитудной пеленгации.

Известен способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации, при котором формируют диаграмму направленности (ДН), перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, линейно детектируют по амплитуде, обнаруживают и, перемещая ДН в секторе поиска, по максимальному значению амплитуды определяют пеленг [Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация. - М.: Советское радио, 1964, с. 138].

Недостатком этого способа является низкая точность пеленгации, обусловленная близкой к нулю пеленгационной чувствительностью в окрестности точки максимума ДН, а также сложность стабилизации вероятности ложных тревог из-за необходимости введения переменного порогового уровня при обнаружении, из-за большой неравномерности приемного тракта при работе в широком диапазоне частот.

Известен также способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации [АС № 2159940], принятый за прототип, при котором формируют ДН, перемещающуюся в плоскости пеленгации, принимают сигнал, пространственно манипулируют перемещающейся ДН на ее ширину по уровню -3 дБ, принятый сигнал селектируют по частоте и квадратично детектируют по амплитуде, демодулируют сигнал по частоте манипуляции, обнаруживают сигнал радиометрическим способом, перемещают манипулированную ДН в секторе обнаружения, по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта, при определенном коэффициенте усиления производят перемещение манипулированной ДН в обе стороны сектора пеленгования, по снятым при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центра тяжести полученных реализации и по их среднему значению - пеленг.

Недостатком прототипа является ограничение точности пеленгования, обусловленное отличием закона распределения смеси сигнала и шума от гауссовского, неполным устранением влияния аномальных флуктуаций и энергетическими потерями из-за одноканальной обработки.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определения направления на источник радиоизлучения при законе распределения смеси сигнала и шума, отличном от гауссовского.

Для достижения поставленной цели предлагается способ обработки сигналов при амплитудной пеленгации, при котором формируют диаграмму направленности, перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, обнаруживают сигнал, перемещают диаграмму направленности в секторе поиска, по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта, при определенном коэффициенте усиления производят перемещение ДН в обе стороны сектора пеленгования, по снятым при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центра тяжести полученных реализаций и по их среднему значению - пеленг.

Согласно изобретению формируют пару ДН, смещенных на ширину ДН по уровню -3 дБ, вычисляют корреляционный интеграл по способу совпадения полярностей, перемещают пару ДН в секторе поиска, по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта, при определенном коэффициенте усиления производят перемещение пары ДН в обе стороны сектора пеленгования.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого изобретения из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

При реализации предлагаемого способа выполняется следующая последовательность операций: формируют пару ДН, сдвинутых на ширину ДН по уровню -3 дБ, перемещающуюся в секторе поиска; принимают сигналы; принятые сигналы селектируют по частоте и квадратично детектируют по амплитуде; вычисляют корреляционный интеграл по способу совпадения полярностей; обнаруживают сигнал; перемещают пару ДН в секторе поиска; по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта; при определенном коэффициенте усиления производят перемещение пары ДН в обе стороны сектора пеленгования; по снятым при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центров тяжести полученных реализаций и по их среднему значению - пеленг.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные антенную систему 1 на базе фазированной антенной решетки, двухканальное радиоприемное устройство (РПУ) с регулируемым коэффициентом передачи 2, коррелятор 3, вычислитель 4, выход П которого является выходом устройства, а также устройство управления диаграммой направленности (УУДН) 5, вход которого является входом ΔΨ устройства, амплитудный детектор (АД) 6, фильтр нижних частот (ФНЧ) 7, сумматор 8, коммутатор 9, устройство управления и синхронизации (УУС) 10. Выходы РПУ 2 через АД 6 и ФНЧ 7 связаны со входами сумматора 8, выход которого связан с первым входом коммутатора 9 и вторым входом вычислителя 4. Первый выход УУДН 5 связан с управляющим входом антенной системы 1, второй - с третьим входом вычислителя 4. Второй выход вычислителя 4 связан со вторым входом коммутатора 9, третий - с первым входом УУДН 5, четвертый и пятый соответственно со первым и вторым входами УУС 10, один из которых является выходом КОНЕЦ П устройства. Первый выход УУС 10 связан с третьим входом УУДН 5, второй - с четвертым УУДН 5, третий - с управляющим входом коммутатора 9, пятый - с четвертым входом вычислителя 4, шестой - с входом "Пеленгование" (ПЕЛ) вычислителя 4. Выход коммутатора 9 связан с третьим входом РПУ 2. Третий вход УУС 10 является входом ПУСК устройства.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии устройство находится в режиме ожидания до прихода от внешней системы сигнала ПУСК. По получению этого сигнала УУС 10 выдает в УУДН 5 сигнал на запись сектора поиска ΔΨ=[ ϕ_нач...ϕ_кон ].

По сигналу синхронизации (СИНХР) от УУС 10 УУДН 5 формирует положения луча ДН в точке ϕ₁=ϕ_нач-Δϕ_0,5 и ϕ₂=ϕ_нач где ϕ_нач - начальная точка пространственного поиска, ϕ_кон - конечная точка. Обнаруживаемый сигнал принимается по двум каналам антенной системой 1, селектируется по частоте двухканальным радиоприемным устройством с регулируемым коэффициентом передачи 2, поступает на вход коррелятора 3, с выхода которого сигнал поступает на вход вычислителя 4. Одновременно проселектированные сигналы поступают на входы амплитудного детектора 6. В режиме обнаружения сигнала напряжение автоматической регулировки усиления U_АРУ с выхода фильтра нижних частот 7, через сумматор 8 и коммутатор 9, поступает на управляющий вход двухканального радиоприемного устройства с регулируемым коэффициентом передачи 2, обеспечивая на выходах последнего постоянство уровня шума при обнаружении. Одновременно напряжение автоматической регулировки усиления U_АРУ запоминается вычислителем 4, что необходимо для формирования требуемого напряжения регулировки усиления тракта U_РУ. По истечении времени накопления t_н УУС 10 выдает сигнал записи амплитуды сигнала A_i и пространственного положения ϕ_i луча ДН (i=1) в вычислитель 4, где производится обнаружение сигнала путем сравнения измеренной амплитуды А_i с порогом U_ПОР. В случае превышения А_i порога U_ПОР выносится решение об обнаружении, в противном случае - об отсутствии сигнала. По приходу следующих импульсов СИНХР от УУС 10 УУДН 5 формирует положения луча ДН ϕ₁=ϕ_нач-Δϕ_0,5+N·0,1 Δϕ_0,5, ϕ₂=ϕ+Δϕ_0,5 где N - номер импульса СИНХР от УУС 10. Описанные выше действия повторяются до полного прохода пространственного сектора поиска, т.е. до точки ϕ₁=ϕ_кон, ϕ₂=ϕ_кон+Δϕ_0,5.

После принятия вычислителем 4 решения об обнаружении сигнала (ОБН) УУС 10 по сигналу ОБН формирует повторный сигнал записи ΔΨ(ЗАПΔΨ) в УУДН 5, и все описанные выше действия повторяются для всего сектора поиска ΔΨ, при этом по сигналу записи (ЗАП) от УУС 10 в вычислителе 4 фиксируются значения А_i, ϕ_i. По окончании пространственного поиска в вычислителе 4 вычисляются экстремальные значения напряжений А_i1m и A_i2m и соответствующие им направления ϕ_m1 и ϕ_m2, по максимальному значению А_i1m и А_i2m формируется напряжение U_РУ при пеленгации, а по среднему значению ϕ₀=(ϕ_m1+ϕ_m2)/2 - сектор пеленгования Δϕ, равный ϕ₀-2Δϕ_0,5...ϕ₀+2Δϕ_0,5.

По окончании вычислений U_РУ и Δϕ вычислитель 4 выдает в УУС 10 сигнал на начало цикла пеленгования ПЕЛ. УУС 10 формирует сигнал управления коммутатора 9, по которому производится подключение U_РУ с выхода вычислителя 4 на управляющий вход двухканального радиоприемного устройства с регулируемым коэффициентом передачи 2. По сигналу ЗАП УУС 10 производится запись сектора пеленгования (начальных и конечных значений) в УУДН 5, которое по сигналам синхронизации СИНХР от УУС 10 аналогично вышеописанному формирует две смещенные ДН, перемещающиеся в секторе пеленгования слева направо и наоборот, при этом время нахождения в каждой пространственной точке манипулированной ДН составляет 3t_н (утроенное время накопления сигнала коррелятором 3). По снятым при этом значениям А_i и ϕ_i вычислителем 4 производится расчет П₁ и П₂ по формуле

где j=1 соответствует значениям параметров, измеренных при проходе сектора пеленгования слева - направо;

j=2 соответствует значениям параметров, измеренных при проходе сектора пеленгования справа - налево.

По рассчитанным П₁ и П₂ производится расчет пеленга по формуле

По окончании пеленгования вычислитель 4 выдает в УУС 10 и во внешние системы сигнал окончания пеленгования КОНЕЦ П и устройство переходит в режим ожидания. По приходе от внешних систем следующего сигнала ПУСК работа устройства повторяется.

Введение операции обнаружения сигнала по корреляционному интегралу, при коэффициенте передачи тракта, обратно пропорциональном уровню сигнала при детектировании, позволило стабилизировать уровень ложных тревог и более чем в 1,2 раза повысить вероятность правильного обнаружения за счет инвариантности к виду входного распределения смеси сигнала и шума и уменьшения влияния аномальных флуктуации, применение корреляционной обработки - более чем в 1,2 раза повысить точность определения направления на источник радиоизлучения за счет инвариантности к виду входного распределения смеси сигнала и шума.

В Ростовском НИИ радиосвязи был изготовлен и испытан макет устройства, реализующего предлагаемый способ. Результаты испытаний полностью подтвердили расчетные характеристики устройства.

Формула изобретения

Способ обработки сигналов при двухканальной амплитудной пеленгации, при котором формируют диаграмму направленности, перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, обнаруживают сигнал, перемещают диаграмму направленности в секторе поиска, по максимальному уровню сигнала формируют сектор пеленгования и требуемый коэффициент усиления тракта, при определенном коэффициенте усиления производят перемещение диаграммы направленности в обе стороны сектора пеленгования, по снятым при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центра тяжести и по среднему значению абсцисс - пеленг, отличающийся тем, что формируют пару диаграмм направленности, сдвинутых на ширину диаграммы направленности по уровню -3дБ, вычисляют корреляционный интеграл по способу совпадения полярностей перед обнаружением сигнала, перемещают пару диаграмм направленности в секторе поиска, при определенном коэффициенте усиления производят перемещение пары диаграмм направленности в обе стороны сектора пеленгования.

РИСУНКИ

Рисунок 1