МЕЖОБЗОРНОЕ УСТРОЙСТВО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЛЧМ СИГНАЛОВ
INTER-SCANNING DEVICE FOR MAPPING PASSIVE JAMMING USING CHIRP SIGNALS

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях для улучшения обнаружения радиолокационных сигналов на фоне пассивных помех.
Как известно, работа любой радиолокационной станции происходит на фоне мешающих отражений - естественных (подстилающая поверхность, облака, гидрометеоры) и искусственных (дипольные противолокационные отражатели) пассивных помех. Интенсивность пассивных помех может в сотни раз превышать уровень полезного сигнала и препятствовать его обнаружению.
Защита от них традиционно осуществляется с использованием широкополосного режекторного фильтра. Для устранения зон "слепых" скоростей в амплитудно-скоростной характеристике режекторного фильтра зондирование осуществляется с вобуляцией периода повторения импульсов [1, 2].
Необходимо отметить, что в любой амплитудно-скоростной характеристике присутствуют провалы, которые могут привести к значительному ослаблению спектральных составляющих целей. На больших дальностях (~200-300 км) уровень эхосигналов целей невелик, поэтому внесение дополнительных потерь в эти эхосигналы приведет к их пропуску (необнаружению). Таким образом, использование режекторного фильтра для защиты от пассивных помех целесообразно только в тех областях пространства, где эти помехи присутствуют. Обнаружение (картографирование) пассивных помех осуществляется с помощью устройств картографирования.
Известно межобзорное устройство картографирования пассивных помех [3], содержащее обнаружитель сигналов и схему межобзорного сравнения, которая формирует сигналы картографирования при наличии неподвижных или медленно движущихся объектов.
Сигналы помех и целей с выхода обнаружителя записываются в соответствующие ячейки запоминающего устройства, если они обнаруживаются в двух соседних обзорах в одних и тех же элементах пространства.
Недостатком данного устройства является некачественное выделение помехи при расположении ее на краю ячейки межобзорного запоминающего устройства, так как даже небольшие изменения пространственного положения помехи могут вызвать ее появление в других ячейках запоминающего устройства. Эффективность устройства еще больше снижается при картографировании перемещающихся под действием ветра пассивных помех.
Данный недостаток частично устранен в устройстве [4], использующем для картографирования медленно перемещающихся помеховых отражений две карты помех, смещенные по координатам одна относительно другой на половину выбранного пространственного элемента.
Это устройство осуществляет идентификацию сигналов, используя в качестве критерия идентификации величину перемещения объекта в пространстве за время анализа, которое превышает время одного обзора.
Недостатком этого устройства является ложное картографирование малоскоростных одиночных целей.
Кроме этого известно межобзорное устройство картографирования помех [5], предназначенное для выделения пространственных областей, пораженных помехой, использующее скоростные и энергетические различия между сигналами помех и целей. Это устройство содержит обнаружитель сигналов, схему управления записью, первый логический элемент "И", регистр записи, межобзорное запоминающее устройство, счетчик сегментов, счетчик азимута, сумматор азимута, регистр чтения, первое устройство расширения строба по дальности, состоящее из вспомогательного запоминающего устройства и ждущего мультивибратора, второе устройство расширения строба по дальности, состоящее из линии задержки и ждущего мультивибратора, счетчик дальности, счетчик оборотов, сумматор дальности, схему управления адресом, счетчик целей, пороговое устройство, регистр чтения и второй логический элемент "И".
Выберем данное устройство за прототип, т.к. оно является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству.
Принцип работы устройства-прототипа основан на скоростных и энергетических различиях между эхосигналами целей и пассивных помех. Выделение движущихся пассивных помех реализуется путем сравнения в каждом пространственном элементе текущей информации с расширенным, по сравнению с элементом пространства, стробом, формируемым вокруг каждой отметки от сигнала из предыдущего обзора. Размеры строба выбраны такие, что сигнал от объекта, перемещающегося со скоростью меньше заданной, за время одного обзора не выйдет за пределы строба и идентифицируется как пассивная помеха. Вышеуказанное сравнение в устройстве-прототипе осуществляется в первом логическом элементе "И", а расширенный строб формируется вторым устройством расширения строба по дальности.
Дополнительно предусмотрена схема, которая исключает формирование сигнала картографирования по малоскоростным целям путем подсчета и сравнения с пороговым значением числа пораженных помехой элементов дальности (квантов). Если число таких элементов больше порогового значения, то принимается решение о наличии в данном периоде повторения пассивной помехи. Подсчет квантов, пораженных помехой, осуществляется в счетчике целей, а сравнение с порогом - в пороговом устройстве.
В современных радиолокационных станциях используются твердотельные передающие устройства. В качестве зондирующих сигналов наибольшее распространение получили сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Кроме этого для нормирования динамического диапазона шумов и защиты радиолокационных станций от импульсных помех в оптимальной обработке сигналов используется нелинейное устройство - амплитудный ограничитель [6], следовательно канал оптимальной обработки в обнаружителе сигналов является нелинейным.
Использование ЛЧМ сигналов приведет к тому, что в устройстве-прототипе будет происходить формирование ложного сигнала картографирования по двум (или более) близкорасположенным целям. Это объясняется тем, что на выходе обнаружителя сигналов будут присутствовать отметки не только от целей, но и от сигналов-спутников, возникающих при оптимальной обработке ЛЧМ сигналов в нелинейном канале [6]. Дополнительные отметки увеличивают значение счетчика целей, что приводит к превышению порогового значения в пороговом устройстве и ложному формированию сигнала картографирования.
Таким образом, основным недостатком устройства-прототипа при использовании в радиолокационных станциях ЛЧМ сигналов является формирование ложного сигнала картографирования по двум (или более) близкорасположенным целям.
Техническим результатом изобретения является устранение указанного недостатка устройства-прототипа при сохранении качества картографирования пассивных помех.
Указанный результат достигается тем, что в устройство-прототип, содержащее обнаружитель сигналов, первым выходом соединенный с первым входом первого логического элемента "И", второй вход которого соединен с выходом второго устройства расширения строба по дальности, первое устройство расширения строба по дальности соединенное с первым входом второго логического элемента "И", второй вход которого через первое пороговое устройство соединен с выходом счетчика целей, выход второго логического элемента "И" является выходом всего устройства, вводятся оперативное запоминающее устройство, выходом соединенное с входом второго устройства расширения строба по дальности, а входом - с первым выходом обнаружителя сигналов, второй выход которого соединен через устройство ранжирования, умножитель и второе пороговое устройство со вторым входом третьего логического элемента "И", первый вход которого, как и вход первого устройства расширения строба по дальности, через линию задержки соединен с выходом первого логического элемента "И", а выход - со входом счетчика целей.
На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:
1 - обнаружитель сигналов;
2, 4, 10 - первый, второй и третий логические элементы "И";
3, 5 - первое и второе устройства расширения строба по дальности;
6 - счетчик целей;
7, 13 - первое и второе пороговые устройства;
8 - оперативное запоминающее устройство;
9 - линия задержки;
11 - устройство ранжирования;
12 - умножитель.
Как видно из фиг.1, в состав заявляемого устройства входит обнаружитель сигналов 1, три логических элемента "И" 2, 4, 10, два устройства расширения строба по дальности 3, 5, счетчик целей 6, два пороговых устройства 7, 13, оперативное запоминающее устройство 8, линия задержки 9, устройство ранжирования 11 и умножитель 12.
Первый выход обнаружителя сигналов 1 соединен с первым входом первого логического элемента "И" 2, а также через оперативное запоминающее устройство 8 и второе устройство расширения строба по дальности 5 - со вторым входом первого логического элемента "И" 2, выход которого соединен с входом линии задержки 9, выходом соединенной с первым входом третьего логического элемента "И" 10, а также через первое устройство расширения строба по дальности 3-е первым входом второго логического элемента "И" 4.
Второй выход обнаружителя сигналов 1 через устройство ранжирования 11, умножитель 12 и второе пороговое устройство 13 соединен со вторым входом третьего логического элемента "И" 10, выход которого через счетчик целей 6 и первое пороговое устройство 7 соединен со вторым входом второго логического элемента "И" 4.
Выход второго логического элемента "И" 4 является выходом всего устройства.
Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем. Принятые радиолокационные сигналы поступают на обнаружитель сигналов 1, в котором сначала осуществляется их ограничение (для нормирования динамического диапазона шумов и защиты радиолокационной станции от импульсных помех), затем, путем внутрипериодной и межпериодной обработок они выделяются из внешних и собственных шумов радиолокационной станции и сравниваются с порогом обнаружения. С первого выхода обнаружителя сигналов 1 бинарная информация ("0" или "1") поступает на первый вход логического элемента "И" 2 и записывается в оперативном запоминающем устройстве 8. Со второго выхода обнаружителя сигналов 1 амплитудная информация (после межпериодной обработки) поступает на вход устройства ранжирования 11.
Оперативное запоминающее устройство 8 предназначено для хранения азимутально-дальностной информации об обнаруженных объектах с прошлого обзора.
С выхода оперативного запоминающего устройства 8 сигнал поступает на вход устройства расширения строба по дальности 5, задачей которого является формирование расширенного по дальности межобзорного строба вокруг каждого обнаруженного сигнала.
Размер строба по дальности определяется удвоенной величиной максимально возможного перемещения по дальности отметки от пассивной помехи за один обзор. Учитывая, что расширенный межобзорный строб должен формироваться вокруг сигнальной отметки, то чтение из оперативного запоминающего устройства 8 должно производиться с упреждением, соответствующим размеру межобзорного строба по дальности.
Сформированный расширенный межобзорный строб с выхода устройства расширения строба по дальности 5 подается на второй вход логического элемента "И" 2, в котором происходит межобзорная идентификация сигналов.
Для обеспечения картографирования помех, быстро изменяющих свое местоположение в пространстве, например, таких как передние "кромки" дипольных помех, предусмотрено устройство расширения строба по дальности 3, осуществляющее расширение строба по дальности вокруг каждого сигнала, прошедшего через логический элемент "И" 2 и линию задержки 9. Размеры этого строба выбираются из условия его соответствия максимальному перемещению постановщика помех в любом из направлений за период обзора. Таким образом, на выходе устройства расширения строба по дальности 3 формируется межобзорный строб, обеспечивающий картографирование пассивной помехи не только в местах ее совпадения в двух обзорах, но и с учетом ее возможного перемещения в любом направлении со скоростью постановщика помех. Сформированный межобзорный строб подается на первый вход логического элемента "И" 4.
Поскольку на выходе логического элемента "И" 2 могут картографироваться не только пассивные помехи, но и одиночные малоскоростные цели, в устройстве предусмотрен энергетический критерий, исключающий формирование сигнала картографирования по ним.
Азимутальные направления, в которых присутствует сигнал дипольной помехи, характеризуются большим числом пораженных помехой пространственных элементов. В отличие от помехи, малоскоростные цели обнаруживаются лишь в нескольких пространственных элементах. Поэтому имеется возможность реализации энергетических различий между целями и помехой. Для этого с помощью счетчика целей 6 и порогового устройства 7 в каждом периоде повторения определяется число пораженных помехой квантов, которое затем сравнивается с выбранным порогом. Если число таких квантов больше порога, то принимается решение о наличии в данном периоде повторения (в данном азимутальном направлении) пассивной помехи. При этом с выхода порогового устройства 7 на второй вход логического элемента "И" 4 подается сигнал логической единицы, разрешающий прохождение сигнала картографирования на выход устройства. При непревышении выбранного порога запрещается прохождение сигнала картографирования на выход устройства.
Внутрипериодный энергетический критерий позволяет отличить эхосигнал пассивной помехи от эхосигнала целей, однако, как было сказано ранее, при использовании ЛЧМ сигналов сигнал картографирования будет формироваться также по двум (или более) близкорасположенным целям.
Этот недостаток в изобретении устраняется путем использования схемы формирования адаптивного порога обнаружения. Для этого в устройстве ранжирования 11 в "скользящем" по дальности окне формируется ряд порядковых статистик Х с последующим выбором элемента с порядковым номером κ и умножением его на коэффициент α в умножителе 12. Размер "скользящего" окна N, константы κ и α подбираются с помощью математического моделирования. Для компенсации задержки, возникающей в устройстве ранжирования, используется линия задержки 9 величиной N/2 квантов, где N - размер "скользящего" окна в устройстве ранжирования 11.
Сформированный адаптивный порог в пороговом устройстве 13 сравнивается с порогом обнаружения, являющимся постоянной величиной. На фиг.2-4 представлены тестовые ситуации, показывающие соотношения адаптивного порога и порога обнаружения в различной помеховой и целевой обстановке.
Как видно из фиг.2 и 3, в области пассивной помехи из-за ее протяженности по дальности адаптивный порог превышает порог обнаружения. С выхода порогового устройства 13 на второй вход логического элемента "И" 10 подается сигнал логической единицы, разрешающий прохождение сигналов на счетчик целей 6.
В свою очередь, в области целей и сигналов-спутников (фиг.2, 4) из-за наличия "шумовой" ямы адаптивный порог не превышает порог обнаружения. Запрещается прохождение сигналов на счетчик целей 6, что приводит к несрабатыванию энергетического критерия по сигналам целей и сигналам-спутникам.
При этом по сигналу пассивной помехи энергетический критерий выполнится, а по сигналам целей и сигналам-спутникам - нет, т.е., в отличие от устройства-прототипа, в заявляемом устройстве формирование сигнала картографирования при наличии двух (или) более близкорасположенных целей происходить не будет.
Таким образом, введение в устройство, содержащее обнаружитель сигналов, два логических элемента "И", два устройства расширения строба по дальности, счетчик целей и пороговое устройство, третьего логического элемента "И", линии задержки, оперативного запоминающего устройства, устройства ранжирования, умножителя и второго порогового устройства позволило устранить формирование ложного сигнала картографирования по двум (или более) близкорасположенным целям, сохранив при этом прежнее качество картографирования пассивных помех.
Литература
1. Справочник по радиолокации. Под ред. Сколника М., т.1, М.: Советское радио, 1976, с.256-263;
2. Бакулев П.А. Методы и устройства селекции движущихся целей, М.: Радио и связь, 1986;
3. Патент Франции №2241077, МПК G01S 9/42, 1975;
4. Патент США №4068231, МПК G01S 9/02, 1978;
5. Патент РФ №2040802, МПК G01S 13/89, G01S 7/36, 1985;
6. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. Учебное пособие для высших учебных заведений. - М.: Радио и связь, 1986.