Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов (варианты)

Авторы патента:

H03L7/00 - Автоматическое управление частотой или фазой; синхронизация (настройка резонансных контуров вообще H03J; синхронизация в системах цифровой связи, см. соответствующие рубрики класса H04)

G01S13/00 - Системы, использующие отражение или вторичное излучение радиоволн, например радарные системы. Аналогичные системы, использующие отражение или вторичное излучение волн, в которых длина волн или тип волн несущественны (с использованием акустических волн G01S 15/00; с использованием электромагнитных волн иных, чем радиоволны G01S 17/00).

Владельцы патента RU 2515768:

Закрытое акционерное общество "Современные беспроводные технологии" (RU)

Предлагаемые устройства относятся к радиолокационным и гидролокационным системам с импульсным сжатием многофазных кодов и могут использоваться в радиолокации при использовании фазо-кодированных импульсов. Достигаемый технический результат- увеличение подавления боковых лепестков при сжатии кода. По одному из вариантов Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N содержит цифровой фильтр By для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,0, 1,-1, , линию задержки на длительность одного кодового элемента т, сумматор и двухвходовый вычитатель. По другому варианту Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N содержит соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р4 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, первый сумматор, линию задержки на длительность одного кодового элемента т и второй двухвходовый сумматор. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к радиолокационным и гидролокационным системам с импульсным сжатием многофазных кодов, в которых с целью улучшения качества сжатия сигналов производится подавление боковых лепестков, возникающих в процессе сжатия.

В настоящее время в радиолокации и гидролокации широко распространены фазо-кодированные импульсы на основе идеальных многофазных кодов Р3 и Р4. Эти коды формируются посредством соответствующей дискретной аппроксимации линейно-частотно модулированного (ЛЧМ) сигнала и поэтому обладают основными его достоинствами: относительно небольшими боковыми лепестками апериодической автокорреляционной функции (ААКФ) и большей по сравнению с двоичными последовательностями, включая коды Баркера толерантностью к Доплеру. В то же время максимальный уровень боковых лепестков ААКФ кодов Р3/Р4 приблизительно равен $\sqrt{N / 4.34}$ , т.е. многократно превышает единичный уровень боковых лепестков кодов Баркера.

Подробно проблема подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов исследуется в (N.Levanon, Е.Mozeson. Radarsignals. John Wiley & Sons, lnc, 2004). В данном источнике рассматривается возможность уменьшения боковых лепестков многофазных кодов Р3 и Р4 за счет сжатия сигнала в несогласованном фильтре с использованием амплитудного окопного взвешивания. Для этого применяются различные оконные функции, в частности, функции Хэмминга, Кайзера-Бесселя, Блэкмана и др. Расчеты показывают, что максимальный уровень боковых лепестков относительно главного лепестка (PSL) для кодов Р3 и Р4 при использовании оконных функций Хэмминга и Блэкмана составляет величину не менее -20 lgN dB при энергетических потерях (уменьшении отношения сигнал/шум на выходе) порядка 1,5 dB и ширине главного лепестка на уровне PSL 3τ и 4.5τ соответственно, где τ - длительность одного кодового элемента.

Данная проблема и ее решения рассматриваются, в частности, и в российских патентных документах (RU 2198465 С2, Н04В 7/26, 20.09.2002, RU 2236086 С2, Н04В 1/707, 20.01.2004, RU 2109401 C1, Н04В 1/62 20.04.1998 и др.).

Известно устройство подавления боковых лепестков при сжатии кодов Р3 и Р4, уменьшающее PSL до -20 lgN+6 dB. Устройство состоит из согласованного фильтра, выход которого соединен с первым входом вычитателя/сумматора и через линию задержки на длительность τ с его вторым входом (B.L.Lewis, F.F.Kretschmer. Pulse compression sidelobe suppressor. US 4,507,659 A, G01S 13/28, 26.03.1985; Lewis B.L. Range-Time-Sidelobe Reduction Technique for FM-Derived Polyphase PC Codes.-IELE Trans, on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-29, no. 3, pp.834-840, July 1993). Ширина главного лепестка выходного сигнала такого устройства равна 2τ, а энергетические потери в нем порядка 3 dB.

Однако данное устройство не позволяет значительно уменьшить боковые лепестки.

Известно также устройство подавления боковых лепестков при сжатии кодов Р3 и Р4 с помощью (W.K.Lee and H.D.Griffiths Pulse compression filter generating optimal uniform range sidelobe level. Electron. Lett., 1999,35(1 1), pp.873-875) цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра), переходная импульсная характеристика которого равна разности (сумме) комплексно-сопряженных символов кода Р3 (Р4) и циклически сдвинутой на одну позицию (разряд) влево его копии. При этом PSL уменьшается до значения -201gN+2 dB, а ширина главного лепестка равна 2τ. Потери сигнал/шум на выходе этого устройства составляют -3 dB. В литературе это устройство известно еще как фильтр By.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство (W.К.Lee, H.D. Griffiths and R. Benjamin. Integrated sidelobe energy reduction technique using optimal polyphase code. Electronics Letters, 1999, vol.35. No. 24, pp.2090-2091 и Woo-Kyuing Lee and Hugh D. Griffiths. A New pulse compression technique generating optimal uniform range sidelobe and reducing sidelobe level. IEEE International radar conference, 2000, pp.441-446.), содержащее фильтр By и формирователь корректирующего сигнала, выходы которых соединены с соответствующими входами двухвходового сумматора. Формирователь корректирующего сигнала состоит из последовательно соединенных преобразователя кода Р3/Р4 в комплексно сопряженный ему код Р3*/Р4* и цифрового КИХ-фильтра порядка N+1. Устройство работает следующим образом. Входная последовательность отсчетов кода Р3/Р4, представленного суммой реальной и мнимой составляющих I и Q, поступает на вход цифрового фильтра By, а также на вход формирователя комплексно-значного корректирующего сигнала. Далее сигнал с выхода формирователя корректирующего сигнала суммируется с выходным сигналом фильтра By в цифровом двухканальном I и Q сумматоре. В результате максимальный уровень боковых лепестков на выходе такого устройства уменьшается и достигает единичного уровня (уровня кода Баркера) относительно уровня главного лепестка, равного N (PSL=-20 lgN dB). Кроме того, интегральный уровень бокового лепестка относительно главного лепестка ISLR, равный отношению полной энергии боковых лепестков к полной энергии главного лепестка сжатого сигнала, будет существенно меньше по сравнению с фильтром By. При этом ширина главного лепестка сигнала на выходе данного устройства увеличивается до 3τ, а энергетические потери составляют -3 dB.

Однако для ряда приложений уровень подавления боковых лепестков, реализуемых в этих устройствах, является не достаточным.

Технический результат данного изобретения заключается в дальнейшем ограничении уровня боковых лепестков при сжатии кода Р3 четной длины и кода Р4 четной и нечетной длины до значения PSL - 30 lgN+l.33 dB для всех значений временных сдвигов (отсчетов), исключая двух ±N, в которых относительный уровень боковых лепестков равен -20 lgN -6 dB. В этом случае величина 1SLR оказывается намного меньше по сравнению с фильтром By и устройством прототипа. При этом ширина главного лепестка на уровне PSL равна 3τ, а потери сигнал/шум на выходе этого устройства составляют - 1.7 dB.

Указанный результат для кода Р3 длины N (N - четно) достигается устройством подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N, содержащим соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0,1,-1, выход которого соединен с первым входом сумматора, причем введены линия задержки на длительность одного кодового элемента τ и двухвходовый вычитатель, при этом выход фильтра By подключен к входу линии задержки и к первому входу вычитателя, второй вход которого подключен к выходу линии задержки, а выход соединен со вторым входом сумматора. Уменьшаемым и вычитаемым здесь соответственно являются сигналы с выходов линии задержки и фильтра By.

Блок-схема этого устройства представлена на Фиг.1.

Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N содержит цифровой фильтр By 1 для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала 4, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код 2 и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) 3 порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0,1,-1, сумматор 7, линию задержки 5 на длительность τ и двухвходовый вычитатель 6.

Устройство работает следующим образом.

Входная последовательность отсчетов циклически сдвинутого на один разряд влево кода Р3 четной длины, представленного суммой реальной и мнимой составляющих 1 и Q, поступает на вход цифрового фильтра By 1 для кода Р3 и на вход формирователя комплексно-значного корректирующего сигнала 4. Сигнал с выхода фильтра By 1 поступает на первый вход вычитателя 6 и вход линии задержки 5, выход которой соединен со вторым входом вычитателя 6. В сумматоре 7 производится сложение корректирующего сигнала с выхода фильтра 3 и выходного сигнала вычитателя 6. В результате на выхода устройства реализуется сигнал, который в диапазоне [-N+1,N-1] совпадает с автокорреляционной функцией сигнала, являющегося разностью кода Р3 и его циклически сдвинутой на одну позицию влево копии, а на крайних сдвигах ±N его абсолютное значение равно 1 (соответствующий относительный уровень -201gN -6 dB). Тогда согласно (Е.Krengel. Autocorrelation Properties of Some Pulse Compression Codes Derived from P3 and P4 Codes. - Sequences and Their Applications (SETA 2012) - 7th International Conference, Waterloo, ON, Canada, June 4-8, 2012. Proceedings 2012 7280/2012, pp.224-232) относительный уровень боковых лепестков сжатого выходного сигнала в диапазоне [-N+1, N-1] меньше или равен -30 lgN+1.33 dB.

Аналогичный результат реализуется для кода Р4 длины N в устройстве, представленном на Фиг.2.

В этом случае устройство содержит фильтр By 8 для кода Р4, формирователь корректирующего сигнала 9, состоящего из последовательно соединенных устройств преобразования 10 кода Р4 в комплексно сопряженный ему код Р4* и цифрового КИХ-фильтра 11 порядка N+1 с N+2 коэффициентами 1,1, 0,0,…0, -1,-1, двухвходовый сумматор 14, при этом введены линия задержки 12 на длительность τ и двухвходовый сумматор 13.

Устройство работает следующим образом.

Входная последовательность отсчетов циклически сдвинутого на 1 разряд влево кода Р4, представленного суммой реальной и мнимой составляющих I и Q, поступает на вход цифрового фильтра By 8 для кода Р4 и на вход формирователя комплексно-значного корректирующего сигнала 9. Сигнал с выхода фильтра By 8 поступает на первый вход сумматора 13 и вход линии задержки 12, выход которой соединен со вторым входом сумматора 13. В сумматоре 14 производится сложение корректирующего сигнала с выхода фильтра 11 и выходного сигнала сумматора 13. В результате на выходе устройства реализуется сигнал, который в диапазоне [-N+1,N-1] совпадает с автокорреляционной функцией сигнала, являющегося суммой кода Р4 и его циклически сдвинутой на одну позицию влево копии, а на двух крайних сдвигах ±N его абсолютное значение равно 1 (относительный уровень -20 lgN -6 dB). Поэтому с учетом (Е.Krengel. Autocorrelation Properties of Some Pulse Compression Codes Derived from P3 and P4 Codes. - Sequences and Their Applications (SETA 2012) - 7th International Conference, Waterloo, ON, Canada, June 4-8, 2012. Proceedings 2012 7280/2012, pp.224-232) в этом случае относительный уровень боковых лепестков сжатого выходного сигнала в диапазоне [-N+EN-1] также меньше или равен -30 lgN+1.33 dB.

На Фиг.3 изображен нормированный сигнал на выходе устройства подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов Р3/Р4 длины N=1000.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано на соответствующей элементной базе по типовым технологиям.

1. Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N, содержащее соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0, 1, -1, выход которого соединен с первым входом сумматора, отличающееся тем, что введены линия задержки на длительность одного кодового элемента и двухвходовый вычитатель, при этом выход фильтра By подключен к входу линии задержки и к первому входу вычитателя, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а второй вход вычитателя подключен к выходу линии задержки.

2. Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N, содержащее соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р4 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами 1,1, 0,0,…0, -1, -1, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, отличающееся тем, что введены линия задержки на длительность одного кодового элемента и второй двухвходовый сумматор, при этом выход фильтра By подключен к входу линии задержки и к первому входу второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а второй вход второго сумматора подключен к выходу линии задержки.

Предлагаемый способ относится к технике связи и к режимам работы блоков синхронизации (БС), содержащим управляемые генераторы (УГ), точнее, к способам формирования высокостабильного выходного сигнала УГ БС в режиме удержания.

Синтезатор сетки частот на базе контура фапч с компенсацией помех дробности // 2491713

Изобретение относится к электронной технике, а именно к синтезаторам сетки частот (ССЧ) на базе контура импульсной фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с компенсацией помех дробности, и может применяться при использовании схем, основанных на амплитудно- или широтно-импульсной модуляции тока компенсации.

Система автоматической подстройки частоты рассредоточенных лазеров // 2490788

Изобретение относится к области радиотехники и автоматики, к системам автоматической подстройки частоты излучения газовых лазеров непрерывного действия с улучшенными стабилизационными характеристиками и может быть использовано в космической технологии, в частности, для измерения «фиолетового смещения» частоты лазерного излучения в гравитационном поле Земли.

Способ и устройство временной синхронизации // 2468521

Изобретение относится к области связи, в частности к способу и устройству временной синхронизации. .

Устройство измерения задержки сигналов точного времени в каналах связи // 2460209

Изобретение относится к технике измерения сигналов точного времени в каналах связи и может использоваться в сетях электросвязи, системах передачи. .

Способ управления группированием наблюдений при фильтрации частотно-модулированных сигналов // 2453990

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации информационных процессов, передаваемых с помощью частотно-модулированных сигналов. .

Цифровой вычислительный синтезатор для многочастотной телеграфии // 2452085

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и радиотехнике, предназначено для синтеза сигналов многочастотной телеграфии и может быть использовано в современных адаптивных системах связи.

Система стабилизации частоты перестраиваемого криогенного генератора // 2450435

Изобретение относится к системам стабилизации частоты (ССЧ) и может быть использовано для стабилизации частоты перестраиваемого криогенного генератора (ПГ) путем фазовой синхронизации к высокостабильному опорному синтезатору частот.

Способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска // 2447576

Изобретение относится к устройствам импульсной техники и может быть использовано в прецизионных генераторах импульсов. .

Цифровой синтезатор многофазных сигналов // 2423782

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и предназначено для синтеза многофазных сигналов и может использоваться в радиолокации, системах связи и телевидения.

Загоризонтный радиолокатор // 2515610

Загоризонтный радиолокатор предназначен для определения дальности и направления на объекты. Достигаемый технический результат - уменьшение габаритов за счет исключения громоздких узлов.

Способ анализирования данных, полученных от объединенных детекторов радаров // 2515465

Изобретение относится к области сенсорной аппаратуры. Техническим результатом является сведение к минимуму количества ложных срабатываний и предоставление при этом заблаговременного статистического прогнозирования потенциальных источников угроз.

Бесконтактное наблюдение дыхания у пациента и оптический датчик для измерения методом фотоплетизмографии // 2511278

Изобретение относится к медицине. Портативное устройство для бесконтактной выборочной проверки жизненных показателей пациента содержит: датчик расстояния для последовательного обнаружения изменений расстояния во времени относительно грудной клетки пациента, калькулятор частоты дыхания для определения дыхательной активности на основе обнаруженных изменений расстояния во времени.

Трехкоординатный радиолокатор // 2510889

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в системах управления воздушным движением. Достигаемый технический результат - уменьшение габаритов без увеличения времени сканирования.

Радиолокационный стенд для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов // 2510042

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах. Радиолокационный стенд содержит последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен со входом приемника, а также поворотное устройство с опорой, измеряемый объект и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя, соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства, а также содержит устанавливаемое на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Нэ=а×Но/(а+R-Rэ), где а - большая полуось эллипса первой зоны Френеля антенны, Но - высота размещения измеряемого объекта над подстилающей поверхностью, R - расстояние между антенной и измеряемым объектом, Rэ - расстояние между антенной и отражательным устройством, кроме того, опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.

Радиолокационный комплекс для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов // 2510041

Изобретение относится к радиолокационным измерениям эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах.

Устройство для определения состояния морской поверхности // 2510040

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения состояния морской поверхности. Устройство содержит радиолокационную станцию, включающую антенну, синхронизатор, датчик углового положения антенны, который соединен механической связью с основанием антенны, электронный ключ, индикатор, а также приемник и передатчик.

Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах // 2509318

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации и охраны различных объектов. Технический результат - повышение эффективности идентификации метки.

Способ обзора пространства радиолокационной станцией // 2508559

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в обзорных радиолокационных станциях с двумерным электронным сканированием и механическим вращением антенны по азимуту при обзоре пространства последовательным перемещением луча.

Способ стабилизации вероятности ложной тревоги и устройство для его реализации // 2502084

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации. Достигаемый технический результат - обеспечение требуемого уровня вероятности ложной тревоги в условиях воздействия импульсных помех при обеспечении возможности обнаружения групповых целей.

Способ измерения эффективной площади рассеяния объектов и многопозиционный радиолокационный измерительный комплекс для его осуществления // 2516221

Изобретение относится к области измерений радиолокационных характеристик объектов и может быть использовано для измерений как моностатической, так и бистатической эффективной площади рассеяния (ЭПР) исследуемых объектов (ИО) сложной формы применительно к многопозиционным радиолокационным системам. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения одновременного измерения как моностатической, так и бистатической ЭПР ИО на нескольких углах разноса на совпадающей и ортогональной поляризациях линейного базиса на нескольких длинах волн при одновременном снижении погрешности измерений. Указанный результат достигается тем, что в известном способе измерения ЭПР ИО, заключающемся в облучении ИО импульсным сигналом фиксированной длины волны, фиксированной мощности и фиксированной поляризации линейного базиса, излученным антенной измерительной радиолокационной станции (ИРЛС) в направлении ИО, переизлучении рассеянного ИО сигнала с направления, соответствующего заданному углу разноса радиоизмерительного радиолокационного комплекса (РИК) в горизонтальной плоскости, с помощью системы из M пассивных ретрансляторов в направлении приемной антенны разнесенного приемного устройства, приеме этого сигнала отдельно от каждого пассивного ретранслятора, регистрации с последующим сравнением мощностей сигналов, рассеянных ИО и калибровочным отражателем с известной бистатической ЭПР, размещаемым в месте расположения исследуемого объекта, взамен его, дополнительно ИО облучают импульсными сигналами фиксированной мощности и фиксированной поляризации N-1 ИРЛС фиксированной длины волны, рассеянный ИО сигнал для соответствующих углов разноса переотражают с помощью системы пассивных ретрансляторов с низким (менее - 30 дБ) уровнем боковых лепестков бистатической индикатрисы рассеяния, установленных на специальной измерительной трассе, обеспечивающей квазиплоское распределение электромагнитного поля, на одной линии, совпадающей с фиксированным направлением оптических осей системы приемных антенн разнесенных приемных устройств, перекрывающих диапазон длин волн λN, причем с соответствующего месту установки каждого пассивного ретранслятора угла разноса γm временная селекция сигналов от каждого пассивного ретранслятора на разнесенных приемных устройствах осуществляется за счет разности хода лучей на трассах R2m и R3m, принимают, измеряют мощность каждой совпадающей и ортогонально-поляризованной компоненты, сравнивают ее с мощностью сигналов соответствующей поляризации, отраженных от калибровочного отражателя с известной бистатической ЭПР на соответствующей поляризации, и регистрируют мощности совпадающей и ортогонально поляризованной компонент рассеянных ИО и калибровочным отражателем сигналов, а ИО или калибровочный отражатель поочередно вращают в горизонтальной плоскости при фиксированных значениях угла ориентации в вертикальной плоскости и при обработке результатов измерений учитывают текущую ориентацию ИО или калибровочного отражателя для всех исследуемых значений углов разноса и длин волн, а также взаимного расположения каждой ИРЛС относительно ИО и каждого пассивного ретранслятора. Указанный технический результат достигается также тем, что многопозиционный радиолокационный измерительный комплекс, предназначенный для реализации способа измерения ЭПР, выполнен определенным образом на существующей отечественной элементной базе и не требует больших материальных затрат. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.