Устройство селекции движущихся целей для наземного когерентно-импульсного радиолокатора

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам селекции движущихся целей, и может быть использовано в когерентно-импульсных РЛС для борьбы с пассивными помехами.
Известно цифровое устройство селекции движущихся целей, содержащее два квадратурных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, цифрового фильтра и подключен к сумматору модулей (см. Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника, т. 3, М., "Сов. радио", 1979, стр. 318, рис. 39).
Однако данное устройство не обеспечивает достаточной эффективности подавления перемещающихся пассивных помех, так как оно не отслеживает доплеровское смещение спектра движущейся пассивной помехи.
3
Наиболее близким по технической сущности к примененному техническому решению является цифровое устройство защиты РЛС от пассивных помех, содержащее адаптивный селектор движущихся целей, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входом устройства, последовательно соединенные блок определения модуля и интегратор (см. патент США № 4132990, М.кл G01S 13/52, 1979 г.).
Однако данное устройство не обеспечивает подавления дискретных пассивных помех вследствие инерционности устройства, связанной с усреднением оценки доплеровской межпериодной разности фаз по конечному числу элементов разрешения по дальности (в скользящем "окне"). Уменьшение постоянной времени устройства может привести к компенсации эхо-сигналов целей.
Целью изобретения является повышение эффективности подавления дискретных пассивных помех.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровое устройство защиты РЛС от пассивных помех, содержащее адаптивный селектор движущихся целей, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, последовательно соединенные, первый блок определения модуля и интегратор введены соединенные последовательно блок усреднения, первый и второй входы которого соединены с выходом синуса и косинуса межпериодной разности фаз адаптивного селектора движущихся целей соответственно, первый блок вычисления арктангенса, другой вход которого соединен c другим выходом блока усреднения и блок сравнения, блок бланкирования, вход которого соединен с выходом адаптивного селектора движущихся целей, выход является выходом устройства, а управляющий вход соединен с выходом блока сравнения, блок выбора порога, выход которого соединен с опорным входом блока сравнения, последовательно соединенные блок нормирования, вход которого соединен с выходом интегратора и многоуровневый блок сравнения, каждый из выходов которого соединен с соответствующим входом блока выбора порога, первый и второй входы первого блока определения модуля соединены с первым и вторым входами устройства соответственно.
На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного устройства.
На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - аналого-цифровые преобразователи;
2 - второй блок вычисления арктангенса;
3 - блок оперативной памяти;
4 - вычитатель;
5 - блок постоянной памяти;
6 - блок усреднения разности фаз;
7 - блок задержки;
8 - комплексный перемножитель;
9 - блок компенсации;
10 - адаптивный селектор движущихся целей;
11 - первый блок определения модуля;
12 - интегратор;
13 - блок нормирования;
14 - блок многоуровневого сравнения;
15 - блок бланкирования;
16 - блок усреднения;
17 - первый блок вычисления арктангенса;
18 - блок сравнения;
19 - блок выбора порога;
20 - второй блок определения модуля.
Цифровое устройство защиты РЛС от пассивных помех содержит адаптивный селектор движущихся целей 10, первый блок вычисления модуля 11, интегратор 12, блок усреднения 16, первый блок вычисления арктангенса 17, блок сравнения 18, блок бланкирования 15, блок выбора порога 19, блок нормирования 13, блок многоуровнего сравнения 14. Адаптивный селектор движущихся целей 10 содержи второй блок вычисления арктангенса 2, блока оперативной памяти 3, вычитателя 4, блока постоянной памяти 5, блока усреднения разности ФАЗ 6, первого блока задержки 7, комплексного перемножителя 8, блока компенсации 9, и второго блока определения модуля 20.
Цифровое устройство защиты РЛС от пассивных помех работает следующим образом.
3
С выхода фазовых детекторов двух квадратур приемного устройства РЛС (на чертеже не показаны) квадратурные составляющие принимаемых сигналов поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 1, на входы синхронизации которых подаются тактовые импульсы (ТИ) с периодом следования, равным временной протяженности элемента разрешения по дальности. Далее коды квадратурных составляющих сигнала поступают на соответствующие входы второго блока 2 вычисления арктангенса, представляющего собой постоянное запоминающее устройство, обеспечивающее считывание значения начальной фазы сигнала из ячейки, адрес которой соответствует коду входных сигналов. (Переход от квадратурной схем обработки к векторной обусловлен в данном случае стремлением сократить объем памяти блока оперативной памяти 3 и избежать необходимости использования комплексных перемножителей при определении межпериодной разности фаз сигналов по их квадратурным составляющим). Вычисление межпериодной разности фаз сигналов осуществляется с помощью блока 1 оперативной памяти 3 и вычислителя 4. На вход блока 3, представляющего собой сдвиговой регистр, поступают коды текущего значения фазы сигнала в каждом элементе разрешения по дальности, которые запоминаются в нем на период повторения зондирующих импульсов, а затем считываются и поступают на вход вычитателя 4. Синхронизация сдвигового регистра осуществляется тактовыми импульсами ТИ, следующими через интервал времени, определяемый элементом разрешения по дальности. На другой вход вычитателя 4 подаются текущие коды фазы сигналов. Выходной сигнал вычитателя 4 представляет собой код межпериодной разности фаз сигнала в каждом элементе разрешения РЛС по дальности. Выходной сигнал вычитателя 4, представляющий собой межпериодную разность фаз, для дальнейшей обработки раскладывается на квадратурные составляющие, для чего подается на вход блока постоянной памяти 5, из ячейки которого по адресу, соответствующему входному коду, считываются коды синусной и косинусной составляющих межпериодной разности фаз сигналов и подаются на соответствующие входы блока усреднения разности фаз 6. Этот блок обеспечивает усреднение межпериодной разности фаз в симметричном "скользящем окне по дальности" по М элементам разрешения. В качестве этого блока может быть использован блок усреднения согласно патенту США №4132990, МКл G01S 13/52, 1979 г. Синхронизация блока осуществляется тактовыми и импульсами ТИ, поступающими из системы синхронизации станции. С выхода блока 6 коды синусной и косинусной составляющих оценки межпериодной разности фаз сигналов поступают на опорные входы комплексного перемножителя 8, который обеспечивает перемножение задерженного в блоке задержки 7 текущих значений эхо-сигнала и опорного сигнала, поступающего с выхода блока 6. Функциональная схема блока 8 включает в себя четыре перемножителя и два сумматора, реализующего математические операции в соответствии с выражениями:
где  - квадратурные составляющие эхо-сигналов;
- синусная и косинусная составляющие оценки межпериодной разности фаз (опорных сигналов).
Таким образом в комплексном перемножителе 8 происходит компенсация доплеровского сдвига фаз эхо-сигналов от движущейся протяженной пассивной помехи.
С выхода блока 8 сигналы в виде квадратурных составляющих поступают в блок компенсации 9, который может представлять собой два устройства череспериодного вычитания (один для каждой квадратурной составляющей).
В блоке 9 обеспечивается подавление стационарной в пространстве пассивной помехи. С выхода блока 9 сигналы целей и нескомпенсированных остатков дискретных пассивных помех поступают на входы второго блока определения модуля 20.
Блок определения модуля 20 представляет собой постоянное запоминающее устройство из ячейки памяти которого по адресам, соответствующим коду квадратурных составляющих вектора эхо-сигнала, считывается значение амплитуды вектора. С выхода блока 20 код амплитуды эхо-сигнала поступает на вход блока бланкирования 15, который представляет из себя электронный ключ, на управляющий вход которого поступает сигнал с выхода блока сравнения 18. При превышении оценкой межпериодной разности фаз сигнала фазового порога, что соответствует эхо-сигналам от быстро перемещающейся цели, блок сравнения 18 выдает команду на замыкание электронного ключа в блоке бланкирования 15. В противном случае блок 18 формирует команду на бланкирование, т.е. на размыкание ключа. В блоке 18 осуществляется сравнение кода оценки межпериодной разности фаз, поступающего из первого блока вычисления арктангенса 17 (построение блока точно такое же, как и блока 2) с фазовым порогом, формируемым на выходе блока 19.
Формирование кода оценки межпериодной разности фаз осуществляется блоком усреднения 16 и первым блоком вычисления арктангенса 17. С выходов синусной и косинусной составляющих межпериодной разности фаз адаптивного селектора движущихся целей 10 (выход блока 5) сигналы поступают на блок усреднения 16, который представляет собой две схемы накопления сигналов по пачке (из N импульсов) в каждом элементе разрешения. Блок 16 может быть выполнен на основе двух накопителей в виде устройств задержки (в качестве которого может использоваться ОЗУ) и сумматора. Количество элементов задержки должно быть равно числу элементов разрешения по дальности в пределах рабочей дистанции, а число суммирований должно быть равным максимальному количеству импульсов в пачке.
В случае использования в качестве элемента задержки ОЗУ, емкость последнего должна определяться произведением m×М (где М - число элементов разрешения по дальности; m - количество разрядов в слове). Причем обращение к каждому элементу разрешения по соответствующему адресу осуществляется в частотой зондирования, Таким образом после циклов в каждой ячейки ОЗУ будет содержаться накопленная сумма сигналов для каждого элемента разрешения. Блок 16 синхронизируется тактовыми импульсами ТИ, идущих с периодом, равным временной протяженности элемента разрешения по дальности и импульсами ЗИ, идущими с периодом повторения станции . С выхода блока 16 квадратурные составляющие накопленной по пачке разности фаз подаются на вход первого блока вычисления арктангенса 17, идентичного блоку 2. С выхода блока 17 код усредненной оценки межпериодной разности фаз поступает на вход блока сравнения 18.
Формирование кода фазового порога осуществляется первым блоком определения модуля 11 интегратором 12, блоком нормирования 13, блоком многоуровневого сравнения 14 и блоком выбора порога 19.
На входы первого блока определения модуля 11, аналогичного блоку 20, поступают коды квадратурных составляющих эхо-сигнала. Вычисленные значения модуля (коды амплитуд) с выхода блока 11 поступают на вход интегратора 12.
В данном случае под интегратором 12 следует понимать некогерентный накопитель. Интегратор 12 осуществляет некогерентное накопление пачечного сигнала в каждом элементе разрешения по дальности и может быть выполнен аналогично накопителю, применяемому в блоке 16.
С выхода интегратора 12 сигнал поступает на вход блока 13 нормировщика. В блоке нормировщика 13 осуществляется приведение амплитуды эхо-сигнала к фиксированной дальности за счет деления амплитуды сигнала на код квадрата текущего значения дальности (определяемого номером ТИ для данного элемента разрешения) и умножением на код квадрата приводимой дальности . Т.е. нормированное значение амплитуды  определяется соотношением:
где А - значение амплитуды сигнала;
- фиксированная дальность (постоянный множитель);
R - дальность до элемента, с которого был принят сигнал с амплитудой A.
Блок нормирования 13 представляет собой перемножитель текущего значения амплитуд на постоянный коэффициент  и делитель на код квадрата текущего значения дальности R, поступающий с синхронизатора станции.
С выхода блока 13 код нормированного по дальности сигнала поступает на вход блока многоуровневого сравнения 14, который представляет собой набор из n параллельно включенных по входам компараторов. С выхода блока 14 сигнал, определяемый ЭПР наблюдаемого объекта (за счет нормировки в блоке 13), поступает на вход блока 19 выбора порога, который представляет из себя постоянное запоминающее устройство, из ячейки которого по адресу, соответствующему входному коду, считывается код фазового порога.
Таким образом величина фазового порога, формируемого блоком 19, будет изменяться в зависимости от ЭПР. наблюдаемого объекта, информация о которой содержится в величине сигнала, формируемого в блоке 13.
С выхода блока 19 код фазового порога поступает на опорный вход блока сравнения 18.
Учет величины ЭПР при установлении фазового порога в блоке 18 позволяет при сохранении вероятности бланкирования дискретной помехи уменьшить вероятность бланкирования целей, летящих с малыми радиальными скоростями.
Действительно, при выборе фазового порога постоянным по всем элементам разрешения по дальности вероятность бланкирования определяется лишь скоростью движения объекта (доплеровским набегом фаз). Поэтому цели, летящие в направлении РЛС с ракурсами, близкими к 90° (т.е. при малых радиальных скоростях), будут бланкироваться в блоке 15. Учет того, что ЭПР цели существенно больше ЭПР дискретной помехи (особенно при боковых ракурсах цели и с учетом возможных ослаблений сигналов памехи в адаптивном селекторе движущихся целей) при выборе фазового порога (т.е. чем больше ЭПР, тем меньше фазовый порог) уменьшают вероятность бланкирования целей с малыми радиальными скоростями при сохранении заданного уровня бланкирования дискретной пассивной помехи.
В таблице 1 представлены результаты моделирования по определению вероятностных характеристик бланкирования целей и дискретных помех.
Считалось, что скорости цели равновероятны в интервале от 30 до 2400 км/ч, число импульсов в пачке N=8, модуль межпериодного коэффициента корреляции дискретной помехи лежит в  пределах
Бл П
Бл ц.
Для сравнения приведены вероятности бланкирования помехи Р при фиксированной вероятности бланкирования цели Р для трех ситуаций:
*)
I) без включения системы бланкирования, когда сигнал берется с выхода блока 20;
II) порог в блоке 18 устанавливается без учета ЭПР;
III) порог устанавливается в соответствии с предлагаемым в изобретении правилам.
*)
Для ситуации I очевидно, что вероятность бланкирования цели и вероятность бланкирования помехи совпадают, так как система при этом не различает цели и дискретные помехи.
Таким образом применение предлагаемого устройства позволяет при сохранении вероятности бланкирования целей существенно повысить вероятность бланкирования помехи. Или другими словами при стабилизированной вероятности бланкирования помехи можно снизить вероятность пропуска цели.