Устройство для распознавания бинарных фазоманипулированных сигналов
DEVICE FOR BINARY PHASE-MANIPULATED SIGNALS RECOGNITION

Предлагаемое устройство для распознавания бинарных фазоманипулированных (ФМ) сигналов относится к приемникам импульсной информации и предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки (РТР) и пассивных системах целеуказания (ПСЦУ) в качестве аппаратуры определения вида внутриимпульсной модуляции сложных сигналов.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. СССР №1840962 (заявка 1575094 от 21.02.74 г.), в котором для различения вида внутриимпульсной модуляции сложных сигналов используются различия в спектре откликов на выходе автокоррелятора. Спектр отклика на ЛЧМ сигнал концентрируется в относительно узкой полосе, в то время как спектр отклика ФМ сигнала существенно шире (обратно пропорционален времени задержки в цепи автокоррелятора). Производится взвешивание энергий определенных участков спектра сигнала и принимается решение о виде модуляции.
Недостатком данного устройства является узкий диапазон рабочих частот канала различения ФМ сигналов и узкий диапазон параметров модуляции обрабатываемых сигналов. Это обусловлено наличием общей задержки в цепи автокоррелятора как для обработки ЛЧМ сигналов, так и для обработки ФМ сигналов, в то время как требования к длительности задержки в цепи автокоррелятора для обработки ФМ и ЛЧМ сигналов противоречивы. Для обработки ФМ сигналов длительность задержки должна быть не более длительности дискрета бинарного ФМ сигнала (практически составляет величину 0,1-0,2 мкс), а для обработки ЛЧМ сигналов длительность задержки определяется параметрами крутизны нарастания частоты внутриимпульсной модуляции и для реальных сигналов составляет величину 1-2 мкс.
В качестве второго аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1841158 (заявка 1587293 от 14.03.75 г.), в котором для расширения диапазона рабочих частот различителя ФМ сигналов автокоррелятор выполнен по квадратурной схеме. Алгоритм принятия решения о виде внутриимпульсной модуляции здесь аналогичен рассмотренному выше, поэтому данным устройством обрабатываются сигналы в узком диапазоне параметров внутриимпульсной модуляции, что является его недостатком.
В качестве третьего аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840896 (заявка 2206387 от 5.07.76 г.), в котором для расширения диапазона параметров модуляции обрабатываемых сигналов используются отдельные каналы обработки ЛЧМ и ФМ сигналов. Каждый канал содержит автокорреляторы, в состав которых входят линии задержки, перемножители и фильтры, причем задержки сигнала в автокорреляторе канала обработки ЛЧМ сигнала выбирается намного больше аналогичной задержки в канале обработки ФМ сигнала.
Для различения ЛЧМ сигналов используется информация о биполярности напряжения сигнала биений на выходе фильтра нижних частот автокоррелятора при обработке ЛЧМ сигналов.
Такой способ реализации устройства приводит к тому, что при обработке ФМ сигнала отклик автокоррелятора канала ЛЧМ сигнала биполярный и на его выходе формируется ложный признак приема ЛЧМ сигнала. Для исключения ложной информации при обработке ФМ сигнала производится бланкирование схемы формирования признака ЛЧМ сигнала. Бланкирование осуществляется импульсом признака ФМ сигнала. Чувствительность же канала обработки ЛЧМ сигнала в данном устройстве на 5-7 дБ выше чувствительности канала обработки ФМ сигнала.
Неодинаковая чувствительность каналов приводит к тому, что в указанном динамическом диапазоне (на 5-7 дБ выше уровня чувствительности канала обработки ЛЧМ сигналов) ФМ сигналы из-за отсутствия импульсов бланкирования принимаются за ЛЧМ сигналы. В этом динамическом диапазоне устройство имеет низкую достоверность различения сигналов по выходу "ЛЧМ".
В качестве четвертого аналога рассмотрим устройство, в котором для повышения достоверности различения ЛЧМ сигналов используется алгоритм равенства временных интервалов между нуль-переходами отклика автокоррелятора на ЛЧМ сигнал. Временные интервалы между нуль-переходами откликов автокоррелятора на ФМ и другие виды сигналов не являются одинаковыми, и ложная информация на выходе устройства от их воздействия отсутствует. Такой способ обработки приводит к повышению достоверности различения ЛЧМ сигналов. Достоинством данного алгоритма является также простота технической реализации на элементах цифровой техники.
Однако рассмотренные устройства различения ФМ сигналов обладают общим недостатком - низкой достоверностью решения задачи определения вида модуляции при воздействии на вход различителя простых амплитудно-модулированных сигналов, длительность которых
,
пр
где τ - длительность простого сигнала;
Δf - полоса пропускания фильтра автокоррелятора.
Это обусловлено тем, что отклик автокоррелятора канала обработки ФМ сигнала на простой сигнал представляет собой два коротких всплеска, расположенных по фронтам входного импульса. Между этими всплесками имеется помеха, которая представляет собой сумму биений сигнал/шум и шум/шум на выходе автокоррелятора.
При отсутствии сигнала уровень помехи на выходе автокоррелятора определяется биениями шум/шум и пороги пороговых элементов выбираются таким образом, что срабатываний компаратора не происходит. За время воздействия простого сигнала уровень помехи на входе компаратора возрастает за счет биений сигнал/помеха.
При малых длительностях простых сигналов, то есть при
, количество срабатываний компаратора невелико и на выходе "ФМ" различителя импульс отсутствует. При длительностях простых сигналов
(большие длительности) число пересечений порога компаратора достаточно для формирования признака приема ФМ сигнала и достоверность различения ФМ сигналов падает.
Указанные недостатки известных устройств снижают качество решения задачи опознавания радиоэлектронных средств (РЭС) вероятного противника по виду внутриимпульсной модуляции сигналов и определяют низкую эффективность устройства.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка, то есть повышение эффективности устройства путем различения сигналов с бинарной фазовой внутриимпульсной модуляцией с высокой достоверностью. С этой целью используется алгоритм анализа временных интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора, который находит широкое применение в станциях РТР и ПСЦУ для определения вида внутриимпульсной модуляции сложных сигналов благодаря, простоте технической реализации, высокой чувствительности и достоверности распознавания, например, для различения сигналов с линейной частотной модуляцией, с параболической частотной модуляцией, с частотной модуляцией по пилообразному закону (авт. свид. №198508) и сигналов с симметричной линейной частотной модуляцией. Поэтому использование алгоритма анализа временных интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора для распознавания сигналов с бинарной ФМ представляет практический интерес.
По своей технической сущности к предлагаемому устройству наиболее близко устройство, которое выбираем в качестве прототипа.
Известное устройство (фиг. 1) содержит последовательно включенные автокоррелятор, первый пороговый элемент, ключ, преобразователь "интервал-код", первый регистр, блок деления, второй пороговый элемент, второй регистр и блок совпадения, а также последовательно соединенные детектор огибающей, компаратор и одновибратор, выход которого соединен со входами сброса информации преобразователя интервал-код и регистров, а выход компаратора соединен также с управляющим входом ключа, выход которого соединен также с управляющими входами регистров и блока деления, при этом второй сигнальный вход блока деления соединен с выходом преобразователя интервал-код, входы автокоррелятора и детектора огибающей соединены вместе и являются входом устройства, а выход блока совпадения является выходом устройства.
Как было указано выше, недостатком известного устройства является низкое качество решения задачи опознавания РЭС вероятного противника по виду внутриимпульсной модуляции сигналов ввиду низкой достоверности распознавания ФМ сигналов.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности устройства путем распознавания сигналов с бинарной внутриимпульсной фазовой манипуляцией с высокой достоверностью.
Это позволит повысить вероятность опознавания типа РЭС вероятного противника и его носителя при решении задач РТР и ПСЦУ и качество организации эффективного радиопротиводействия.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для распознавания вида внутриимпульсной модуляции, содержащее последовательно соединенные автокоррелятор, первый пороговый блок, ключ, преобразователь интервал-код, первый регистр, делитель, второй пороговый блок, а также содержащее блок совпадения и последовательно соединенные детектор огибающей, компаратор и одновибратор, выход которого соединен со входами сброса информации преобразователя "интервал-код" и первого регистра причем выход компаратора соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен также с управляющим входом первого регистра, и входы автокоррелятора и детектора огибающей соединены вместе и являются входом устройства, введены второй регистр и последовательно соединенные элемент задержки, элемент И и счетчик импульсов, выход которого соединен с входом блока совпадения, а управляющий вход - с выходом одновибратора, причем выход второго регистра соединен с вторым входом делителя, вход элемента задержки соединен с выходом ключа, второй вход элемента И соединен с выходом второго порогового блока, а выход блока совпадения является выходом устройства.
Введение в устройство новых элементов (второй регистр, элемент задержки, элемент И, счетчик импульсов) и связей между ними позволило получить новый эффект - повышение эффективности, выраженное в распознавании фазоманипулированных сигналов с высокой достоверностью.
Авторам не известны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предложенного технического решения.
На фиг. 2 изображена блок-схема предложенного устройства.
Устройство содержит автокоррелятор 1, детектор огибающей 2, первый пороговый блок 3, компаратор 4, ключ 5, одновибратор 6, преобразователь интервал-код 7, первый регистр 8, делитель 9, второй регистр 10, элемент задержки 11, второй пороговый блок 12, элемент И 13, счетчик импульсов 14, блок совпадения 15.
Входы автокоррелятора 1 и детектора огибающей 2 соединены вместе и являются входом устройства. Выход автокоррелятора 1 через последовательно соединенные пороговый блок 3, ключ 5, преобразователь интервал-код 7, регистр 8, делитель 9, пороговый блок 12, элемент И 13 и счетчик импульсов 14 соединен с входом блока совпадения 15, выход которого является выходом устройства. Выход ключа соединен также с управляющим входом регистра 8 и через элемент задержки 11 с вторым входом элемента И 13. Выход детектора огибающей 2 через компаратор 4 соединен с управляющим входом ключа 5 и входом одновибратора 6, выход которого соединен с входами сброса информации преобразователя интервал-код 7, регистра 8 и счетчика импульсов 14. Выход регистра 10 соединен с вторым входом делителя 9.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Для наглядности воспользуемся эпюрами напряжений в различных точках блок-схемы, представленными на фиг. 3.
Огибающая входного ФМ сигнала изображена на фиг. 3а. На фиг. 3б, в, представлены законы изменения фазы ФМ сигнала на входах перемножителя автокоррелятора. Огибающая отклика автокоррелятора на бинарный ФМ сигнал представлена на фиг. 3г. Пороговый блок 3 формирует короткие импульсы нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора, которые через ключ 5 поступают на преобразователь "интервал-код" 7.
Управление ключом 5 производится стробом с выхода компаратора 4. Строб формируется детектором огибающей 2 при обнаружении сигнала и нормируется компаратором 4 (фиг. 3а). Таким образом, на выходе ключа 5 импульсы нуль-переходов сигнала биений будут присутствовать только при наличии сигнала на входе устройства (фиг. 3д).
С выхода преобразователя интервал-код значение текущего интервала записывается в регистр 8 передним фронтом импульса нуль-перехода.
Для распознавания фазоманипулированных сигналов используем наличие в отклике автокоррелятора на ФМ сигнал областей с временными интервалами между импульсами нуль-переходов равными времени задержки в цепи автокоррелятора (фиг. 3д).
з
Алгоритм распознавания фазоманипулированных сигналов реализуется с помощью делителя 9, который служит устройством сравнения кода каждого текущего интервала между импульсами нуль-переходов с кодом длительности задержки τ в цепи автокоррелятора, порогового блока 12, элемента задержки 11, элемента И 13, счетчика импульсов 14 и логического блока совпадения 15.
i
i
з
На входы делителя 9 код текущего интервала t между импульсами нуль-переходов сигнала биений поступает с выхода регистра 8, а код интервала длительности задержки в цепи автокоррелятора - с выхода регистра памяти 10. При t=τ срабатывает пороговый блок 12 (фиг. 3е), с выхода которого импульсы поступают на вход элемента И 13. На второй вход элемента И 13 поступают импульсы нуль-переходов с выхода ключа 5 через элемент задержки 11 (фиг. 3ж). Величина задержки определяется временем записи в регистр 8 кода текущего интервала, временем сравнения кодов интервалов в делителе 9 и временем анализа результата сравнения в пороговом блоке 12, т.е. должно соблюдаться условие
эз
зап.
сравн.
пор.
τ≥t+t+t,
эз
где τ - величина задержки элемента 11;
зап.
t - время записи кода текущего значения интервала в регистр 8;
сравн.
t - длительность процесса сравнению кодов в делителе 9;
пор.
t - длительность срабатывания порогового элемента 12.
При соблюдении указанного условия на вход счетчика импульсов 14 короткие импульсы нуль-переходов поступят только при наличии в анализируемой пачке по выходу ключа 5 интервалов между соседними импульсами, равными времени задержки в цепи автокоррелятора (фиг. 3и).
i
з
Счетчик импульсов 14 подсчитывает количество интервалов t=τ, а логический блок совпадения 15 выдает признак приема ФМ сигнала по наличию трех и более импульсов на счетчике 14 (в зависимости от статистической надежности распознавания ФМ сигнала и от его структуры).
i
з
При обработке простых сигналов формирование импульсов нуль-переходов в пороговом блоке 3 носит случайный характер и вероятность наличия в пачке импульсов нуль-переходов интервалов между соседними импульсами t=τ низкая, что практически не отражается на достоверности формирования признака распознавания ФМ сигналов при обработке простых сигналов.
После окончания импульса строба по выходу компаратора 4 запускается одновибратор 6 и обнуляет преобразователь интервал-код 7, регистр 8 и счетчик импульсов 14. Устройство вновь подготовлено для анализа входных сигналов.
Такое построение схемы предложенного устройства по сравнению с известным при простой технической реализации позволяет с высокой достоверностью производить распознавание сигналов с внутриимпульсной бинарной фазовой модуляцией.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники на микросхемах с высоким быстродействием.
Использование предлагаемого устройства в станциях РТР и ПСЦУ позволит повысить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типов РЛС вероятного противника и его носителя и эффективность организации радиопротиводействия.