УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПОМЕХ
ANTI-JAMMING DEVICE

Предлагаемое устройство относится к области радиолокации и может быть использовано для защиты приемно-измерительного канала РЛС от сигналов активных и других помех, пространственное расположение которых может быть известно.
Известно устройство (1) (Рид, Миллет, Бренан ″Быстрая сходимость в адаптивных антенных решетках″, 1974, АЕ-10, №6, с. 853-863), выполняющее задачу обеспечения помехозащищенности и содержащее антенную решетку из элементов, блоки управления весовыми множителями элементов и управляющую ЦВМ. Антенная решетка является адаптивным фильтром, основанным на оценке ковариационной матрицы Q отсчетов у сигналов М элементной антенной решетки при использовании n замеров. В этом случае выходом фильтра является сигнал S.
у
-1
S=W, W=cQz,
где c - постоянная величина, z - вектор полезного сигнала.
Недостатком устройства является сложность и высокая вычислительная трудоемкость алгоритмов управления весовыми коэффициентами.
о
Наиболее близким к заявляемому устройству является приемное устройство защиты от помех, описание которого приведено в (2) (″Теоретические основы радиолокации″. Под ред. Я.Э. Ширмана, Сов. радио, 1970, с. 560). Схема этого устройства с фазированной антенной решеткой приведена на фиг. 1. Устройство содержит антенную решетку, блок расчета управляющего множителя, сумматор и индикатор, причем первый выход антенной решетки через сумматор связан с индикатором, а второй ее выход через умножитель, второй вход которого связан с выходом блока расчета управляющего множителя, первый вход которого связан со вторым выходом антенной решетки, а второй его вход связан с выходом сумматора, связан со вторым входом сумматора. По сигнальному входу в антенную решетку передается координата φ ориентации луча антенной решетки. Сигналы второго выхода антенной решетки поступают в блок расчета управляющего множителя, связанный обратной связью с выходом сумматора устройства.
В контуре умножитель-сумматор-блок расчета управляющего множителя в процессе работы устройства определяется величина управляющего множителя, на который умножается сигнал второго выхода АР перед суммированием с сигналом первого выхода АР. Длительность расчета управляющего множителя характеризует переходной процесс устройства, зависящий от параметров принимаемых сигналов. Ввиду того, что данная схема автоматического регулирования является неустойчивой [3], вследствие влияния амплитудно-фазовых соотношений принимаемых сигналов и параметров нестабильности и неидентичности приемных каналов, длительность переходного процесса может составлять порядка 10 мкс. В устройстве-прототипе предполагается, что луч многолучевой диаграммы направленности мдн [ч] /М. Сколник ″Введение в технику радиолокационных систем″, М., Мир, 1965/, сигнал которого соответствует второму выходу АР, не управляется по угловым координатам в процессе адаптации. Индикатор является оконечным блоком устройства.
Недостатком устройства является большая длительность переходного процесса, а также неустойчивость процесса расчета управляющего множителя, малый коэффициент подавления помех /порядка 15 дБ/ и невозможность его использования в связной приемной станции с непрерывной телеметрической информацией.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение длительности переходного процесса. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее антенную решетку, сумматор и индикатор, причем первый выход антенной решетки через сумматор связан с индикатором, сигнальный вход АР является также входом для сигнала взаимного отклонения лучей и вводится фильтр, причем второй выход антенной решетки через фильтр связан с сумматором.
Цель достигается также тем, что фильтр содержит фазовый детектор, аналого-цифровой преобразователь первый, аналого-цифровой преобразователь второй, блок расчета управляющего множителя, умножитель и ЦАП, причем вход фильтра через фазовый детектор и АЦП первый связан с первым входом умножителя и через АЦП второй и блок расчета управляющего множителя со вторым входом умножителя, выход которые связан с ЦАП, выход которого является выходом фильтра.
Вновь введенный фильтр и дополнительные связи обеспечивают защиту от активной помехи при условии наличия априорной информации о ее координатах.
о
1
1
о
с
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>c</mi></msub></mrow>
Суть изобретения заключается в том, что по сигналу координаты помехи, поступающему на вход фанерованной антенной решетки с многолучевой диаграммой направленности, второй луч антенны ориентируется на помеху. Предполагается, что координата помехи определена заранее, например, пассивным пеленгованием или другими, например, оптическими средствами. В фильтре, формирующем коэффициент - Ф(φφ) усиления ДН АР сигнала с координатой φ в рабочем направлении φ производится умножение сигнала
второго выхода антенной решетки на этот коэффициент. Полученный на выходе фильтра сигнал суммируется с сигналом первого выхода антенной решетки. Таким образом, от источника полезных сигналов с координатой φ и амплитудой
на индикатор поступает сигнал S в виде:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>S</mi><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>c</mi></msub><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>с</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">[</mo><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>c</mi></msub><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>с</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>⋅</mo><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>с</mi></msub><mo stretchy="false">[</mo><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>с</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>с</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>,</mo><mtext>                    /1/</mtext></mtd></mtr></mtable>
где
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub></mrow>
- комплексная амплитуда помехи,
о
с
о
1
1
Ф(φφ) - коэффициент усиления ДН сигнала в направлении φ, Ф(φφ)=1,
1
с
Ф(φφ) - коэффициент усиления сигнала в направлении помехи,
1
с
о
1
о
1
о
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub></mrow>
В выражении /1/ величина нескомпенсированного фона помехи независимо от амплитуды помехи определяется множителем Ф(φφ)·Ф(φφ), который при условии действия помехи по боковым лепесткам ДН определяется удвоенным уровнем боковых лепестков /например, -27 дБ/. Выходные сигналы первого и второго выходов антенной решетки формируются по информации единовременного замера; по второму выходу АР одновременно с сигналом
в фильтр передаются также сигналы координат луча φ и взаимного отклонения лучей Δφ /φ=φ+Δφ/.
о
1
1
о
о
1
о
1
1
о
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Известны технические решения ″Автоматический компенсатор коррелированных помех″ и ″Компенсатор боковых лепестков на промежуточной частоте″, №3202990, США, 1954. Устройства содержат основной и вспомогательный каналы, причем во втором устройстве сигнал вспомогательного канала на промежуточной частоте взвешивается путем корреляционной обработки. На выходе как в первом, так и во втором устройстве формируется сигнал с ослабленной /на ~19 дБ/ помеховой составляющей. Устройства не используют априорную информацию о параметрах помехи, и вспомогательные приемные каналы являются пространственно не управляемыми. Это дает возможность сделать вывод о существенности отличий предложенного технического решения. На фиг. 2 приведена схема устройства защиты от помех, фиг. 3 - схема фильтра, фиг. 4 - алгоритм блока расчета управляющего множителя. Устройство содержит антенную решетку с многолучевой диаграммой направленности, фильтра, сумматор и индикатор. Антенная решетка имеет управляющий вход, служащий для приема координаты φ ориентации первого луча антенны и координаты φ /φ=φ+Δφ/ ориентации ее второго луча. Величины и могут быть произвольными. Первый выход антенной решетки служит для передачи сигнала с направления φ в сумматор, а второй выход служит для передачи в фильтр сигнала, принятого лучом, ориентированным в направлении φ, а также для передачи сигналов координат φ и φ. Фильтр служит для расчета величины
, где
- коэффициент усиления диаграммы направленности антенной решетки, ориентированная в направлении φ сигнала с направления φ. Сумматор служит для исключения из сигнала первого выхода антенной решетки сигнала помехи, поступившего с выхода фильтра. Фильтр содержит фазовый детектор, служащий для преобразования сигнала помехи вида
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mi>A</mi><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mi>α</mi></mrow></msup></mrow>
,
<mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>n</mi><mi>c</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>n</mi><mi>S</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>n</mi><mi>c</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>n</mi><mi>S</mi></msubsup></mrow>
о
1
о
1
о
1
где А - амплитуда сигнала, а α - его фаза, аналого-цифровой преобразователь первый /АЦП 1/, служащий для преобразования сигналов
,
в цифровую форму, аналого-цифровой преобразователь второй /АЦП 2/, служащий для преобразования в цифровую форму сигналов координат φ и φ, блок (7) расчета управляющего множителя, служащий для определения множителя Ф(φφ), умножитель (8) для умножения сигналов
,
на сигнал управляющего множителя Ф(φφ) и цифроаналоговый преобразователь /ЦАП/, служащий для преобразования выходного сигнала фильтра в аналоговую форму.
o
1
о
1
1
о
Предлагаемое устройство защиты от помех работает следующим образом. На вход антенной решетки /1/ поступают координаты φ и φ входных сигналов. Эти координаты являются произвольными. Координата φ может поступать из любого управляющего устройства станции с фазированной антенной решеткой, например, ESAR [4]. Координата φ - из той же радиолокационной станции ESAR при использовании ее в режиме пассивного пеленгования, или из оптических систем. Сигналы в антенной решетке формируются за время порядка 0,1 мкс в аналоговых трактах обработки, содержащих фазовращатели. Сигнал со второго выхода антенной решетки поступает в фильтр /2/. Характеристика фильтра Ф(φφ), например, для равномерной эквидистантной антенной решетки имеет вид:
<mrow><mi>Ф</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>ϕ</mi><mi>о</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>sin</mi><mi>Δ</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mi>Δ</mi><mi>ϕ</mi><mo>,</mo><mtext>  </mtext><mi>Δ</mi><mi>ϕ</mi><mo>=</mo><msub><mi>ϕ</mi><mtext>1</mtext></msub><mtext>-</mtext><msub><mi>ϕ</mi><mtext>о</mtext></msub><mtext>                            /2/</mtext></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>n</mi><mi>c</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>A</mi><mi>n</mi><mi>S</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>A</mi><mo>˙</mo></mover><mi>n</mi></msub></mrow>
о
1
1
о
Фильтр выполняется в виде вычислителя. Для этого высокочастотный сигнал
в фазовом детекторе раскладывается на квадратурные составляющие
,
, которые детектируются, а затем преобразовываются в цифровой код. Сигналы координат φ и φ также выражаются в цифровой форме. Функция /2/ табулируется по параметру Δφ. Алгоритм блока расчета управляющего множителя фильтра приведен на фиг. 4 и включает операции вычитания при расчете Δφ, формирование адреса - 3 операции выборки из таблицы - Ф(φφ) и операцию умножения на
. Выходной сигнал ΔS фильтра суммируется в сумматоре 3 с сигналом первого выхода антенной решетки, после чего результирующий сигнал поступает в индикатор 4.
Конструктивно фильтр выполнен на БИС К 1500 [5] /Справочник Применение интегральных микросхем… под ред. Б.Н. Файзулаева, М., Радиосвязь, 1987, с. 190/. Время формирования выходного сигнала фильтра составляет порядки 85 нс. /суммирование - 3 нс, умножение - 30 нс, ЦАП, АЦП - 10÷20 нс./ АЦП конструктивно выполняется на 6-разрядной БИС К 1107 П 133 А, ДАП - на 8-разрядной БИС К 118 ПА1. Умножитель - на БИС К 1832. Фазовый детектор собран по схеме [4] стр. 138. В качестве индикатора может быть использована трубка ЭЛТ 25 ЛМ7М. Сумматор 3 - аналоговый и может быть собран по схеме [2] стр. 560 для обеспечения дальнейших операций в аналоговой форме также как и в прототипе, используется цифро-аналоговый преобразователь.
Таким образом, время запаздывания в тракте составляет порядка 85 нс. Ввиду того, что для обеспечения помехоустойчивости используются сигналы единовременного замера первого и второго выходов антенной решетки, на эффективность помехозащиты не влияет амплитудно-фазовые характеристики принимаемых антенной решеткой сигналов. Длительность переходного процесса предложенного устройства зашиты от помех составляет порядка 85 нс, что на порядок меньше по сравнению с прототипом.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Рид, Маллет, Бренак. Быстрая сходимость в адаптивных антенных решетках. JEEE, Trans on AES, 1974, v AES - 10, №6, pp. 853-863.
2. Теоретические основы радиолокации. Под ред. Я.Д. Ширмана, Сов. радио, 1970, с. 560.
3. В.П. Медведев и др. Исследование влияния коэффициента усиления цепи обратной связи автокомпенсатора на качество подавления помех. БСН ″Судостроение″, Сер. 4, вып. 4, 1983.
4. М. Сколник. Введение в технику радиолокационных систем. М., Мир, 1965.
5. Справочник ″Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике″. Под ред. Б.П. Файзулаева, Б.В. Тарабаренко, М., ″Радио и связь″, 1987.
6. Хауэлз Л. Компенсатор боковых лепестков на промежуточной частоте. США, пат. №3202990, 1954.