УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
DEVICE FOR RECEIVING CHIRP SIGNALS

Предлагаемое устройство для формирования признака приема ЛЧМ сигналов относится к системам обработки импульсной информации в радиоприемных устройствах станций радиотехнической разведки (РТР) и пассивных системах целеуказания (ПСЦУ).
В качестве первого аналога рассмотрим устройство, в котором для формирования признака приема ЛЧМ сигналов используется алгоритм равенства временных интервалов между нуль-переходами отклика автокоррелятора на ЛЧМ сигнал. Такой способ обработки приводит к повышению достоверности различия ЛЧМ сигналов, так как временные интервалы между нуль-переходами сигнала биений по выходу автокоррелятора на фазо-манипулированные (ФМ) и другие виды сигналов не являются одинаковыми и ложная информация на выходе устройства формирования признака приема ЛЧМ сигналов при их обработке отсутствует.
В качестве формирователя признака приема ЛЧМ сигналов в данном устройстве используются последовательно-соединенные преобразователь “интервал-код”, регистр, блок деления, пороговый элемент, второй регистр и элемент совпадения. Сравнение каждого текущего интервала между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора с последующим интервалом производится в блоке деления, при этом записанное в первом регистре значение предыдущего интервала поступает на вход делителя блока деления, а значение текущего интервала непрерывно поступает на вход делимого с выхода преобразователя “интервал-код”. За время, равное длительности импульса нуль-перехода, поступающего с выхода ключа на вход устройства формирования признака приема ЛЧМ сигналов, в данном устройстве должны быть произведены следующие операции:
1) операция деления значения текущего интервала на значение предыдущего интервала (значения интервалов выражены в виде многоразрядных двоичных кодов);
2) результат деления испытывается на порог в пороговом элементе и записывается во втором регистре;
3) задним фронтом импульса нуль-перехода значение текущего интервала записывается в первый регистр, после чего обнуляется преобразователь “интервал-код” и устройство производит анализ следующего интервала между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора.
Недостатком данного устройства является требование к большой длительности импульса нуль-перехода, которая определяется в основном временем проведения операции деления многоразрядных чисел. Известно, что даже при использовании быстродействующих микросхем серии ЭСТЛ (серии 100, 500) время деления составляет примерно 60-80 нс/разряд. Поэтому при сравнении интервалов, длительности которых выражены даже в виде четырехразрядных чисел, длительности импульсов нуль-переходов должны быть около 0,3 мкс.
Реально для целей РТР и ПСЦУ представляет интерес анализ ЛЧМ сигналов с крутизной нарастания частоты (0,2÷3) МГц/мкс, что соответствует длительности интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора в пределах (0,3÷2,5) мкс, т.е. длительности интервалов при больших значениях крутизны нарастания частоты ЛЧМ сигналов (более 1 МГц/мкс) в данном устройстве различения соизмеримы с длительностью импульсов нуль-переходов. Точность сравнения интервалов при этом очень низкая, что делает практически невозможным формирование признака приема ЛЧМ сигналов с высокой достоверностью. Это является существенным недостатком известного устройства.
В качестве второго аналога рассмотрим устройство по авт. свид.  №1841012 (заявка 3062966/09 от 4.04.1983 г.), в котором для формирования признака приема ЛЧМ сигнала используется тот же алгоритм равенства временных интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора, при этом в качестве формирователя признака приема ЛЧМ сигналов используется схема, рассмотренная выше.
Поэтому данному устройству присущи те же недостатки, отмеченные при описании первого аналога.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного выше недостатка известных устройств в части повышения достоверности формирования признака приема ЛЧМ сигнала. По своей технической сущности к предлагаемому устройству в равной степени близки оба описанных аналога.
Известное устройство (фиг. 1) содержит последовательно включенные автокоррелятор (1), первый пороговый элемент (3), ключ (5), преобразователь “интервал-код” (7), первый регистр (8), блок деления (9), второй пороговый элемент (10), второй регистр (11), блок совпадения (12), а также содержит блок управления, состоящий из последовательно включенных детектора огибающей (2), компаратора (4) и одновибратора (6), выход которого соединен со входами сброса информации преобразователя “интервал-код" (7), первого и второго регистров (8, 11), а выход компаратора (4) соединен с управляющим входом ключа (5), выход которого соединен также с управляющими входами регистров (8, 11) и блока деления (9), при этом второй вход блока деления соединен с выходом преобразователя “интервал-код”, входы автокоррелятора (1) и детектора огибающей (2) соединены вместе и являются входом устройства, а выход блока совпадения (12) является выходом устройства.
Как было указано выше, недостатком известного устройства является низкая достоверность формирования устройством признака приема ЛЧМ сигналов из-за низкой точности сравнения интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора.
Целью настоящего изобретения является повышение достоверности формирования признака приема ЛЧМ сигнала, выраженной в повышении точности сравнения интервалов и в получении возможности анализа ЛЧМ сигналов с более широким диапазоном изменения параметров их внутриимпульсной модуляции.
Это позволит повысить качество решения задач опознавания типа РЛС вероятного противника и его носителя станциями РТР и ПСЦУ, а также позволит повысить качество организации эффективного радиопротиводействия.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство формирования признака приема ЛЧМ сигналов, содержащее последовательно включенные автокоррелятор, первый пороговый элемент, ключ и последовательно соединенные преобразователь “интервал-код”, первый регистр, блок деления, второй пороговый элемент, второй регистр и блок совпадения, а также содержащее последовательно включенные детектор огибающей, компаратор и одновибратор, выход которого соединен со входами сброса информации преобразователя “интервал-код”, первого и второго регистров, а выход компаратора соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с управляющим входом второго регистра, при этом сигнальный вход преобразователя “интервал-код” соединен с управляющим входом блока деления, входы автокоррелятора и детектора огибающей соединены вместе и являются входом устройства, а выход блока совпадения является выходом устройства, введены два элемента И, триггер, третий регистр и линия задержки, вход которой подключен к выходу ключа, а выход линии задержки соединен с сигнальным входом преобразователя “интервал-код”, с первыми входами первого и второго элементов И и со входом триггера, первый выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого регистра, а второй выход триггера соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с управляющим входом третьего регистра, причем сигнальный вход третьего регистра подключен к выходу преобразователя “интервал-код”, выход третьего регистра соединен со вторым входом блока деления, а вход сброса информации третьего регистра подключен к выходу одновибратора.
Таким образом, введение в устройство новых элементов и связей позволило получить новый эффект - повышение достоверности формирования признака приема ЛЧМ сигнала, выраженное в повышении точности сравнения интервалов между нуль-переходами сигнала биений по выходу автокоррелятора. Новые элементы (два элемента И, триггер, третий регистр, линия задержки) и связи позволили повысить точности при сравнении интервалов между импульсами нуль-переходов, что повышает достоверность различения ЛЧМ сигналов, а также позволяет анализировать ЛЧМ сигналы с более широким диапазоном изменения параметров внутриимпульсной модуляции.
Авторам неизвестны 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 элемент (3), компаратор (4), ключ (5), одновибратор (6), линию задержки (7), триггер (8), первый элемент И (9), преобразователь “интервал-код” (10), второй элемент И (11), первый регистр (12), третий регистр (13), блок деления (14), второй пороговый элемент (15), второй регистр (16), блок совпадения (17).
Входы автокоррелятора (1) и детектора огибающей (2) соединены вместе и являются входом устройства формирования признака приема ЛЧМ сигнала. Выход автокоррелятора (2) через последовательно включенные первый пороговый элемент (3), ключ (5), линию задержки (7), преобразователь “интервал-код” (10), первый регистр (12), блок деления (14), второй пороговый элемент (15) и второй регистр (16) соединен со входом блока совпадения (17), выход которого является выходом устройства. Выход линии задержки (7) соединен также со входом триггера (8), неинверсный и инверсный выходы которого соединены через первый (9) и второй (11) элементы И, соответственно, с управляющими входами первого (12) и третьего (13) регистров.
Сигнальный вход третьего регистра (13) подключен к выходу преобразователя “интервал-код” (10), а выход третьего регистра (13) соединен со вторым входом блока деления (14). Управляющий вход блока деления (14) и вторые входы элементов И (9, 11) соединены вместе и подключены к выходу линии задержки (7). Выход детектора огибающей (2) через последовательно включенные компаратор (4) и одновибратор (6) соединен со входами сброса информации преобразователя “интервал-код” (10) и всех регистров (12, 13, 16). Выход компаратора (4) соединен с управляющим входом ключа (5), выход которого соединен также с управляющим входом второго регистра (16).
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Для наглядности воспользуемся эпюрами напряжений, в различных точках блок-схемы, представленными на фиг. 3.
Известно, что отклик автокоррелятора на выходе фильтра нижних частот при поступлении на вход ЛЧМ сигнала представляет собой гармоническое колебание с постоянной частотой. С выхода первого порогового элемента (3) короткие импульсы нуль-переходов, временное положение которых соответствует переходам через нуль сигнала биений (фиг. 3, а), поступают на ключ (5), который управляется стробом с выхода компаратора (4). Строб формируется при обнаружении сигнала детектором огибающей (2) и нормируется компаратором (4).
Таким образом, на выходе ключа (5) импульсы нуль-переходов сигнала биений будут присутствовать только при наличии сигнала.
С выхода ключа (5) импульсы нуль-переходов через линию задержки (7) поступают (фиг. 3, б) на преобразователь “интервал-код” (10), где значение временных интервалов между импульсами нуль-переходов преобразуются в двоичный код, а также на вход триггера (8) и входы элементов И (9, 11), на другие входы которых поступают импульсы с неинверсного (фиг. 3, в) и инверсного (фиг. 3, г) выходов триггера (8). Такое включение триггера (8) и элементов И (9, 11) позволяет выделить на выходе элемента И (9), каждый нечетный импульс (фиг. 3, д), а на выходе элемента И (11) - каждый четный импульс (фиг. 3, е) по выходу линии задержки (7).
Значение текущих интервалов между импульсами нуль-переходов в виде двоичного кода поступают на первый (12) и третий (13) регистры памяти, с выходов которых они поступают на входы блока деления (14), который производит операцию деления. Запись кода текущего интервала, в первый регистр (12) осуществляется передним фронтом импульсов по выходу элемента И (9), а в третий регистр (13) - передним фронтом импульсов по выходу элемента И (11).
С выхода ключа (5) импульсы нуль-переходов поступают также на управляющий вход регистра сдвига (16), на сигнальный вход которого поступает сигнал с выхода блока деления (14) через логический пороговый элемент (15).
Порог логического порогового элемента (15) настроен на код числа “единица” с заданной ошибкой δ, т.е. на код числа 1+δ.
Величина ошибки δ определяет точность сравнения интервалов и вызвана как статистическими погрешностями (нестабильностью образцовой частоты преобразователя “интервал-код” (10), квантованием интервала, неточностью выделения его длительности первым пороговым элементом (3) вследствие влияния флюктуирующих помех), так и динамическими погрешностями (изменением измеряемого временного интервала между соседними импульсами нуль-переходов как в течение времени измерения, так и между циклами измерения сопоставляемых интервалов, например, из-за нелинейности закона изменения частоты ЛЧМ сигнала, вызванной аппаратурной нестабильностью в формирующих и передающих каскадах передатчиков принимаемых сигналов). Таким образом величина ошибки δ определяется статистическими характеристиками, так как связана со множеством случайных параметров.
При равенстве соседних интервалов на выходе блока деления (14) имеется код числа 1+δ. Сработает пороговый элемент (15). Результаты сравнения соседних интервалов последовательно записываются в регистр сдвига (16) импульсами нуль-переходов с выхода ключа (5). С выходов регистра сдвига (16) результаты сравнения соседних интервалов поступают на вход блока совпадения (17), на выходе которого формируется признак приема ЛЧМ сигнала при наличии трех и более единиц подряд в ячейках регистра сдвига (16), что соответствует равенству трех и более следующих друг за другом временных интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора. Число анализируемых интервалов определяется статистической надежностью различения.
Задним фронтом импульса строба по выходу компаратора (4) запускается одновибратор (6), который обнуляет регистры (12, 13, 16) и преобразователь “интервал-код” (10). Устройство вновь подготовлено к анализу входных сигналов.
Такое построение схемы предложенного устройства по сравнению с известным устройством позволило значительно уменьшить длительность импульсов нуль-переходов и увеличить время на проведение операции сравнения интервалов (операция деления и сравнение ее результата с порогом). Это повышает точность сравнения интервалов и дает возможность анализировать ЛЧМ сигналы с более широким диапазоном изменения параметров внутриимпульсной модуляции, так как время на проведение операции сравнения интервалов в предложенном устройстве определяется не длительностью импульса нуль-перехода (как в известном устройстве), а отрезком времени между задним фронтом импульса по выходу линии задержки (7) и передним фронтом каждого последующего импульса по выходу ключа (5).
Рассмотрим это подробнее. Импульсы по выходу линии задержки (7) являются одновременно командами управления блоком деления (14). Положительным перепадом (передним фронтом импульсов) блок деления обнуляется, т.е. обнуление блока деления происходит в моменты времени (фиг. 3).
1
лз
2
лз
i
лз
t+τ; t+τ; …; t+τ
1
2
3
i
где t, t, t, …, t; i=1, 2, 3…n - момент времени появления импульса нуль-перехода сигнала биений;
лз
τ - время задержки в линии (7).
Передним фронтом этих же импульсов производится запись значений текущих интервалов между импульсами нуль-переходов поочередно через один импульс в регистр памяти (12) (фиг. 3, д) и в регистр памяти (13) (фиг. 3, е).
1
лз
2
лз
В момент времени t+τ (фиг. 3, д) в регистр (12) запишется код случайного интервала, так как состояние преобразователя “интервал-код” (10) в данный момент времени неопределенно (интервал времени от предыдущего обнуления преобразователя “интервал-код” до появления первого импульса нуль-перехода на его входе неизвестно). Регистр (13) в этот момент времени будет обнулен, так как команда на запись в регистр (13) поступит только в момент времени t+τ (фиг. 3, е). Таким образом, на входах блока деления (14) будут присутствовать код, записанный в регистре (12), который обозначим буквой X и код нуля, записанный в регистре (13), который обозначим буквой Y. Блок деления выполняет операцию деления X/Y.
0
Командой для выполнения операции деления является импульс с уровнем логического нуля, то есть выполнение операции деления начнется по заднему фронту импульса нуль-перехода по выходу линии задержки (7) (фиг. 3, б). Таким образом, длительность импульсов нуль-переходов τ в предложенном устройстве определяется временем записи параллельного кода текущего интервала с выхода преобразователя “интервал-код” (10) в регистры памяти (12, 13), что при использовании быстродействующих микросхем серий ЭСТЛ (например, универсальный регистр 100 ИР 141) не превышает 10 нс. Это позволяет с высокой точностью производить измерения длительностей временных интервалов между соседними нуль-переходами сигнала биений по выходу автокоррелятора при крутизне нарастания частоты ЛЧМ сигнала до 20 МГц/мкс. (Для известных устройств, как отмечалось ранее, эта величина не превышает 1 МГц/мкс).
2
В момент времени t (фиг. 3, а) передним фронтом импульса по выходу ключа (5) производится запись результата деления, испытанного на порог в пороговом элементе (15), в регистр сдвига (16). В данном случае X≠Y, поэтому X/Y≠1±δ и состояние ячеек регистра сдвига (16) не изменится (нули передвинутся, а в первую ячейку вновь запишется нуль, так как на выходе порогового элемента (15) будет логический нуль).
2
лз
1
2
лз
0
1
3
В момент времени t+τ (фиг. 3, е) в регистр (13) будет записано значение интервала между первыми двумя импульсами нуль-переходов Y, а блок деления (14) обнуляется. В момент времени t+τ+τ вновь начинается операция деления X/Y. В момент времени t передним фронтом импульса по выходу ключа (5) (фиг. 3, а) производится запись результата деления, испытанного на порог, в регистр сдвига (16).
3
лз
2
3
лз
0
2
1
4
В момент времени t+τ (фиг. 3, д) в регистр (12) будет записано значение X интервала между вторым и третьим импульсами нуль-переходов, а блок деления вновь обнуляется. В момент времени t+τ+τ начинается операция деления X/Y значений кодов двух соседних интервалов. В момент времени t испытанный на порог в пороговом элементе (15) результат деления записывается в регистр сдвига (16). При
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>δ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>≤</mo><mfrac><mrow><msub><mi>X</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>Y</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>δ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
что соответствует равенству двух соседних интервалов, в регистр сдвига (16) запишется логическая единица. И так далее.
По признаку наличия в ячейках регистра сдвига (16) трех и более единиц подряд, блок совпадения (17) формирует признак приема ЛЧМ сигнала.
Таким образом, в предложенном устройстве время на проведение операции сравнения интервалов определяется не длительностью импульсов нуль-переходов, а практически отрезком времени между двумя соседними импульсами нуль-переходов, что снижает требования к быстродействию устройств сравнения.
лз
0
Линия задержки (7) необходима для записи испытанного на порог результата сравнения в регистр сдвига (16) до обнуления блока деления. Практически время задержки достаточно выбрать из условия τ≈τ.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники на микросхемах с высоким быстродействием серий ЭСТЛ.
Использование импульсов нуль-переходов малой длительности и длительного интервала времени между соседними нуль-переходами сигнала биений для проведения операции деления дает возможность анализировать входные сигналы с широким диапазоном изменения параметров внутриимпульсной модуляции. Повышается точность сравнения интервалов. Все это приводит к повышению достоверности формирования признака приема ЛЧМ сигнала.
Использование предлагаемого устройства в станциях РТР и ПСЦУ позволяет повысить качество решения задач опознавания типа РЛС вероятного противника, его носителя и качество организации эффективного радиопротиводействия.