Устройство для оптимальной фильтрации фазоманипулированных сигналов

Изобретение относится к области радиолокации. Устройство оптимальной фильтрации содержит амплитудный ограничитель, сжимающий фильтр фазоманипулированного сигнала, амплитудный детектор, фазовращатель, N-входовую схему отбора максимального сигнала, образованную из квадратурных каналов. Достигаемым техническим результатом является увеличение вероятности разрешения слабых сигналов на фоне сильных за счет использования фазовых различий. 5 ил.

 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в канале обнаружения радиолокационной станции (РЛС).

В настоящее время широкое распространение получили РЛС, использующие сложные фазоманипулированные (ФМ) сигналы. Это вызвало тем, что ФМ сигналы в принципе позволяют одновременно обеспечивать как большую дальность действия PЛC при ограниченной пиковой мощности передатчика, так и высокую разрешающую способность по дальности. Вместе с тем в приемниках РЛС применяются амплитудные ограничители обычно с линейным участком, что позволяет произвести нормировку динамического диапазона принимаемых сигналов и обеспечивает защиту от импульсных помех [1].

Известны радиолокационные приемники с ограничением на высокой или промежуточной частоте [2] и их аналоги в цифровой обработке сигналов. Применение ограничителей приводит к незначительным потерям в отношении сигнал/шум, 1-2 дБ.

На практике часто происходит обнаружение сигнала на фоне шума приемника и второго сигнала большей интенсивности. Если больший сигнал входит в ограничение, то происходит подавление слабого сигнала сильным, т.е. потеря, достигающая 6 дБ [1], или ухудшается разрешающая способность по дальности двух сигналов или возникают помехи с эхо-сигналами в ограничителе, увеличивая потери.

В состав устройства, принятого за прототип, входят два квадратурных канала с амплитудными ограничителями и сжимающими ФМ фильтрами, выходы которых соединены с амплитудным детектором (АД). Устройство работает следующим образом. Входной сигнал в двух квадратурах (х+jу) поступает на два ограничителя, где происходит преобразование:

где А - уровень ограничения сигналов в ограничителе.

Затем в фильтрах происходит сжатие сигналов и детектирование. Преимуществом ограничителя в квадратурах является то, что не возникает влияния сигналов из одной квадратуры на сигналы из другой, как, например, в известном ограничителе, где

Так если больший сигнал находится только в одной квадратуре, а меньший - в двух, т.е. отличается от него по фазе, то часть меньшего сигнала в другой квадратуре ограничивается и сжимается не зависимо от большего сигнала. Но такая ситуация маловероятна.

Целью изобретения является в устройстве оптимальной фильтрации с амплитудным ограничением увеличить вероятность разрешения слабых сигналов на фоне сильных за счет использования фазовых отличий сигналов.

Поставленная цель достигается в многоканальном устройстве, где N однотипных параллельных каналов соединены с входной шиной входами фазовращателей. В каждом канале фазовращатель на , где n - номер канала от I до N, соединяется выходами со входами устройства, взятого за прототип. Это устройство имеет два квадратурных канала с последовательно включенными ограничителем и сжимающим фильтром. Выходы фильтров двух квадратурных каналов соединяются со входами детектора с образованием амплитудного канала. Выходы детекторов через N входовую схему отбора сигнала с максимальной амплитудой соединяются с выходной шиной.

По сравнению с прототипом заявленное устройство отличается наличием новых элементов и функциональных связей, что подтверждает соответствие его критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что фазовращатели и схемы отбора максимального сигнала известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы приводит к новым свойствам схемы в обработке сигналов. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Принцип работы предложенного устройства поясняет схема на фиг.1, где обозначено:

2 - амплитудный ограничитель;

3 - сжимающий фильтр ФМ сигнала;

4 - амплитудный детектор;

1 - фазовращателъ;

5 - N входовая схема отбора MAX.

На фиг.2 приведена схема прототипа.

На фиг.3, 4, 5 представлены эпюры напряжений в различных точках схемы.

В предложенном устройстве содержится N однотипных каналов. Каждый канал подключен ко входной шине входом фазовращателя 1 на , где n - номер канала, и состоит из соединенных с выходами фазовращателя двух квадратурных каналов, где последовательно включены ограничитель 2 и сжимающий фильтр 3 ФМ сигналов. Квадратурные каналы выходами фильтров соединены со входами амплитудного детектора 4. Через выходы детекторов 4 все каналы соединены со входами N входовой схемы отбора максимума 5, выход которой есть выход всего устройства. Работа устройств канала, где включен прототип, аналогична ему. Рассмотрим особенности работы предложенного устройства оптимальной фильтрации.

На фиг.2 представлена эпюра входного сигнала (х+jy), состоящего из шума, сигналов V₁ и V₂, и обозначен уровень ограничения А такой, что сигнал V₂ входит в ограничение. То же обозначено на векторной диаграмме фиг.4 на выходе фазовращателей 1 первого (х₁, у₁) и, фиг.5, n-го (х_n, у_n) каналов. В канале n после фазовращателя сигнал V₂, для примера, параллелен квадратуре х_n.

В этом случае в квадратуре y_n сигнал V₁·sinϕ , где ϕ - фаза V₁ и V₂, не суммируется с большим его V₂ и через ограничитель пройдет без искажений.

Для конечного числа каналов возможно неполное совпадение V₂ с одной из квадратур, в этом случае можно говорить о подавлении V₂ в не менее чем раз в другой квадратуре ( - половина угла между соседними фазовыми каналами).

Поскольку фаза V₂ случайна, то в прототипе подавление V₂ в одной из квадратур в раз происходит с вероятностью , и поэтому вероятность обнаружения сигнала V₁ в предложенном устройстве выше. Работа устройств была проверена на его математической модели и сравнивалась с прототипом и аналогами. Моделирование показало наличие положительного эффекта в разрешении нескольких сигналов. Таким образом, предложенное устройство позволит увеличивать вероятность разрешения двух сигналов.

Реализация предложенного устройства возможна с использованием обычной элементной базы. По сравнению с прототипом новыми для реализации являются фазовращатели и схема отбора максимального сигнала. Фазовращатель выполняет операцию комплексного умножения входного сигнала (х+jу) на поворачивающий множитель ехр (jπ n/2N), где n - номер канала, и может быть выполнен на умножителях 1802BP3 и сумматорах 1802ИМ1. Схема отбора максимального сигнала может быть выполнена с использованием мультиплекаторов 533КПII и схем сравнения 533СПI.

Литература

1. В.К.Слока "Вопросы обработки радиолокационных сигналов", "Сов. радио", Москва, 1970. гл.3.

2. Авторское свидетельство №881979.

Устройство для оптимальной фильтрации фазоманипулированных сигналов, содержащее два квадратурных канала, в которые включены последовательно соединенные ограничитель, сжимающие фазоманипулированные сигналы фильтры, которые выходами подключены к двум входам амплитудного детектора, отличающееся тем, что, с целью увеличения вероятности разрешения по дальности нескольких фазоманипулированных сигналов, за счет использования их фазовых отличий, в него введены дополнительно двухквадратурные каналы, которые образуют N-канальную схему, в n-M канале которой фазовращатель на πn/2N радиан одним выходом соединен со входом первого ограничителя, а другим выходом - со входом второго ограничителя, входы N фазовращателей соединены со входной двухквадратурной шиной, а выходы детекторов подсоединены к N-входовой схеме отбора максимального сигнала, выход которой является выходом устройства.