Цифровое устройство для селекции движущихся целей

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам селекции движущихся целей. Изобретение может быть использовано в когерентно-импульсных РЛС для борьбы с пассивными помехами.
Известно устройство цифровой череспериодной компенсации /1/, которое содержит два квадратурных канала, каждый из которых состоит ив последовательно соединенных фазового детектора, аналого-цифрового преобразователя, цифрового фильтра и подключен к сумматору модулей. Устройство содержит также когерентный гетеродин, подключенный к одному фазовому детектору, непосредственно, а к другому через фазовращатель на π/2.
Данное устройство эффективно работает только по пассивным помехам типа местных предметов, которые неподвижны. В случае же пассивных помех типа дипольных отражателей, имеющих небольшую скорость перемещения за счет, например, ветра, это устройство теряет свою эффективность, так как оно не отслеживает смещение доплеровского спектра помехи.
Отмеченный недостаток отсутствует в известной цифровой системе селекции движущихся целей (СДЦ) /2/, которая является наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности. Известная система содержит два квадратурных канала с последовательно соединенными фазовыми детекторами, аналого-цифровыми преобразователями и цифровыми фильтрами, выходы которых подключены к сумматору модулей. Кроме когерентного гетеродина с фазовращателем на π/2, в устройство входит блок вычисления разности фаз, связанный с цифровыми фильтрами квадратурных каналов, выход которого через схему усреднения подключен ко входу управления частотой и фазой когерентного гетеродина. Блок вычисления разностной фазы вырабатывает сигнал ошибки, который после усреднения контролирует частоту (фазу) напряжения когерентного гетеродина.
Это позволяет совмещать провал скоростной характеристики цифровой системы СДЦ с максимумом смещенного спектра флюктуаций движущихся пассивных помех. Однако данное устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что в нем не компенсируются дискретные медленно-движущиеся пассивные помехи (типа "ангелов"). Это обусловлено инерционностью устройства, связанной с усреднением оценки доплеровской разности фаз в схеме усреднения по конечному числу элементов разрешения по дальности. Уменьшение же постоянной времени схемы усреднения может привести к компенсации сигналов и от полезных целей. Таким образом, рассматриваемая система обладает пониженной эффективностью селекции движущихся целей на фоне дискретных медленно-движущихся пассивных помех.
Целью изобретения является повышение эффективности селекции движущихся целей за счет бланкирования сигналов дискретных медленно-движущихся пассивных помех.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровую систему СДЦ, содержащую два квадратурных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фазового детектора, аналого-цифрового преобразователя, цифрового фильтра и подключен к сумматору модулей, а также когерентный гетеродин с фазовращателем на π/2, блок вычисления разности фаз, связанный с цифровыми фильтрами квадратурных каналов, введены дополнительный цифровой фильтр, рециркулятор пороговое устройство и схема И, причем выход блока вычисления разности фаз через последовательно включенные цифровой фильтр, рециркулятор и пороговое устройство соединен с одним входом схемы И, другой вход которой подключен к выходу сумматора модулей.
Изобретение будет понятно из следующего описания и приложенных к нему чертежей. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства. На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1. Когерентный гетеродин
2. Фазовращатель на π/2
3. Фазовый детектор
4. Аналого-цифровой преобразователь
5. Цифровой фильтр
6. Сумматор модулей
7. Елок вычисления разности фаз
8. Дополнительный цифровой фильтр
9. Рециркулятор
10. Пороговое устройство
11. Схема И.
Предлагаемое устройство состоит из когерентного гетеродина 1, который своим выходом подключен к фазовому детектору 3 одного квадратурного канала непосредственно, а к фазовому детектору 3 другого квадратурного канала через фазовращатель на π/2 - 2. Другие входы фазовых детекторов 3 объединены и являются входом устройства. Выходы фазовых детекторов 3 соединены через аналого-цифровые преобразователи 4 со входами цифровых фильтров 5. Выходы цифровых фильтров 5 соединены с сумматором модулей 6. Входы блока вычисления разности фаз 7 связаны с цифровыми фильтрами 5 квадратурных каналов, а его выход через дополнительный цифровой фильтр 8, рециркулятор 9 и пороговое устройство 10 подключен к одному входу схемы И-11, к другому входу которой подключен выход сумматора модулей 6. Выход схемы И-11 является выходом устройства.
Устройство работает следующим образом.
Пусть излучается вобулированная по периоду повторения последовательность импульсов, которая используется практически во всех когерентно-импульсных РЛС для сглаживания провалов слепых скоростей у скоростных характеристик устройств череспериодной компенсации. В этом случае принимаемые эхо-сигналы имеют доплеровскую разность фаз за период повторения РЛС, определяемую доплеровской скоростью перемещения цели или дискретной пассивной помехи. Оценка доплеровской разности фаз эхо-сигналов производится в блоке вычисления разности фаз 7. Полученный результат для каждого элемента разрешения по дальности без усреднения подается на дополнительный цифровой фильтр 8, который в простейшем случае представляет собой цифровую линию задержку и схему вычитания. На выходе такого фильтра образуется разность набегов фаз смежных периодов повторения. Пусть, например, доплеровская скорость дискретной помехи , тогда блок вычисления разности фаз 7 для j-того элемента разрешения по дальности в i-том периоде повторения выдаст результат
а в i+1 периоде
1
2
1
2
где Т и Т - длительности смежных периодов повторения Т-Т=ΔТ.
При этом на выходе дополнительного цифрового фильтра 8 первого порядка получим
Откуда нетрудно видеть, что при малых ΔT происходит изменение (сжатие) масштаба доплеровских скоростей. Это позволяет получить однозначную дискриминационную характеристику различения цели от дискретной пассивной помехи.
В рециркуляторе 9 для каждого дискрета дальности происходит накопление кода сигнала, снимаемого с выхода дополнительного цифрового фильтра 8. Такое накопление снижает флюктуации вычисленной разности фаз. Числа циклов накопления  зависит как от порядка  цифровых фильтров 5 квадратурных каналов, так и от порядка  дополнительного цифрового фильтра 8 и может быть определено по следующей формуле
Результат накопления сравнивается с цифровым двухсторонним порогом 10, при превышении которого принимается решение, что в данном дискрете дальности цель, а не дискретная помеха. Окончательное решение принимается при совпадении сигналов на выходе сумматора модулей 6 и выходе порогового устройства 10. Это совпадение фиксируется схемой И-11.
Рассмотрим вопросы аппаратурной реализации отдельных элементов предлагаемого устройства. Блок вычисления разности фаз 7, как и в прототипе /2/, может использовать упрощенный алгоритм вычисления
где - функция выделения знака;
- коды сигналов в квадратурных каналах в i и i+1 смежные периоды для j-того элемента разрешения по дальности, снимаемые со входов и выходов первых линий задержек цифровых фильтров квадратурных каналов 5. Указанный алгоритм реализуется на цифровых сумматорах и перемножителях.
Конструктивное исполнение этого блока подробно описано в /2/.
Цифровые фильтры 5 в квадратурных каналах - это фильтры СДЦ высокого порядка, например второго, выполненные по рекурсивной или нерекурсивной схеме, в том числе и многоканальные доплеровские фильтры.
Дополнительный цифровой фильтр 8 в простейшем случае многоразрядная линия задержки со схемой вычитания.
Рециркулятор 9 - это многоразрядная линия задержки с сумматором.
Пороговое устройство 10 - это цифровой компаратор, в котором сравниваются входные коды как с положительным кодом, так и отрицательным кодом порога. Пороговое устройство 10 может быть и с порогом одного знака, но при этом на вход его должен подаваться модуль сравниваемого кода. Код порога выбирается исходя из максимальной скорости перемещения дискретной пассивной помехи.
Схема И-11 - это многоразрядная схема совпадения.
Таким образом использование предлагаемой системы СДЦ позволит по сравнению с прототипом повысить эффективность селекции движущихся целей за счет бланкирования сигналов дискретных медленно-движущихся пассивных помех.
В качестве базового объекта может быть принята цифровая система СДЦ реализованная в РЛС "Скала" /3/, применяемая в УВД. В 80-е годы данная система СДЦ являлась наиболее совершенной. Однако она не позволяет селектировать движущиеся цели на фоне дискретных медленно-движущихся пассивных помех.