УСТРОЙСТВО РАЗЛИЧЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
APPARATUS FOR DISTINGUISHING RADAR SIGNALS

Изобретение относится к приемным устройствам импульсной информации, работающим в широком диапазоне параметров, и может использоваться в системах радиотехнической разведки и пассивного целеуказания для определения вида принимаемого радиосигнала.
В настоящее время известны устройства, предназначенные для различения сигналов по виду внутриимпульсной модуляции.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840866 (заявка №1575095 с приоритетом от 21.02.1974 г.), предназначенное для различения ЛЧМ, ФМ и простых импульсных сигналов. Принцип действия данного устройства основан на различии ширины спектров сигналов на основной и удвоенной частотах, что дает возможность посредством сравнения ширины спектра данного сигнала на основной и удвоенной частотах определить вид его внутриимпульсной модуляции.
Недостатком данного устройства является требование большого отношения сигнал/шум на его входе для обеспечения высокой достоверности различения. Устройство имеет низкую чувствительность.
Вторым аналогом является устройство по авт. свид. №1840962 (заявка №1575094 с приоритетом от 21.02.1974 г.). В данном устройстве для решения аналогичной задачи используются различия откликов автокоррелятора на импульсные радиосигналы с разными видами внутриимпульсной модуляции. Измерение параметров отклика позволяет определить тип внутриимпульсной модуляции входного сигнала. Данное устройство имеет более высокую чувствительность, чем первый аналог, при обработке простых и (ЛЧМ)-сигналов. Однако чувствительность при анализе фазоманипулированных (ФМ) сигналов низка, что является недостатком данного метода.
В качестве третьего аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840894 с приоритетом от 5.04.1976 г. В данном устройстве для различения ЛЧМ, ФМ и простых сигналов используется операция свертки данного сигнала с определенным образом преобразованной его копией. Операция свертки реализована на конвольвере-приборе, основанном на взаимодействии поверхностных акустических волн (ПАВ) в кристаллах. Данное устройство имеет более высокую, чем ранее описанные, чувствительность при обработке ФМ сигналов, что достигается за счет временного сжатия ФМ сигнала на конвольвере. Однако данный метод имеет существенный недостаток: невысокую достоверность различения сигналов, обусловленную тем, что любые виды сигналов с нелинейными законами модуляции принимаются за ФМ сигналы.
В качестве четвертого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840933 от 8.01.1982 г., в котором производится различение ФМ и простых сигналов. Принцип действия устройства основан на различии характеристик откликов анализатора кепстра на ФМ и простые сигналы. По сравнению с вышеописанными аналогами устройство имеет более высокую чувствительность, достигаемую за счет временного сжатия сигналов в процессе получения их кепстра мощности. Недостатком устройства является ограничение функциональных возможностей, выраженное в различении только двух типов сигналов.
Анализ характеристик излучений современных РЛС показал, что в качестве зондирующих сигналов широкое практическое использование находят ЛЧМ сигналы. В связи с этим возникает необходимость различения ЛЧМ сигналов с помощью различителя на анализаторе кепстра.
По технической сущности наиболее близким к заявляемому устройству является устройство по авт. свид. №1840933 от 8.01.1983 г., которое выбираем в качестве прототипа.
Известное устройство содержит синхронизатор и последовательно соединенные Фурье-процессор, логарифмический усилитель и второй Фурье-процессор, при этом каждый Фурье-процессор состоит из последовательно соединенных генератора ЛЧМ сигнала, перемножителя, фильтра свертки и квадратичного детектора, причем второй вход перемножителя является входом процессора, а выход квадратичного детектора - его выходом. Выходы синхронизатора соединены с управляющими входами ЛЧМ-генераторов, последовательно соединенные детектор огибающей, формирователь прямоугольного сигнала и первый измеритель длительности, последовательно соединенные первый ключ, триггер и второй измеритель длительности, а также формирователь строба, формирователь управляющих импульсов, первый и второй компараторы, блок совпадения, второй ключ и блок деления, первый вход которого соединен с выходом первого измерителя длительности, а второй вход - с выходом второго измерителя длительности, причем управляющий вход блока деления через формирователь управляющих импульсов соединен с выходом триггера, а выход блока деления подключен ко входам первого и второго компараторов, выходы которых соединены с соответствующими входами блока совпадения, выход которого является выходом сигнала наличия ФМ сигнала и, кроме того, подключен к первому входу второго ключа, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход второго ключа является выходом наличия простого сигнала, при этом выход формирователя прямоугольного сигнала соединен со входом блока синхронизации, вторым входом триггера и через формирователь строба со вторым входом первого ключа, первый вход которого подключен к выходу второго Фурье-процессора, а вход всего устройства соединен с входом первого Фурье-процессора и входом детектора огибающей.
Как отмечалось ранее, недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, выраженные в различении только двух видов сигналов: ФМ и простых.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей, выраженное в автоматическом различении трех видов сигналов - ЛЧМ, ФМ и простых.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее синхронизатор, последовательно соединенные первый Фурье-процессор, логарифмический усилитель и второй Фурье-процессор, последовательно включенные детектор огибающей, формирователь прямоугольного сигнала и первый измеритель длительности, входы первого Фурье-процессора и детектора огибающей подключены ко входу устройства, а выход формирователя прямоугольного сигнала подключен ко входу синхронизатора, выходы которого соединены с управляющими входами Фурье-процессоров, блок деления, второй измеритель длительности, формирователь управляющих импульсов, формирователь строба, два ключа, триггер, два компаратора, блок совпадения, первый и второй входы первого ключа соответственно соединены с выходами второго Фурье-процессора и формирователя строба, а его выход - с первым входом триггера, выходы измерителей длительности подключены ко входам блока деления, выход которого подключен ко входам компараторов, а вход второго измерителя длительности через формирователь управляющих импульсов подключен к управляющему входу блока деления, вход синхронизатора соединен со входом формирователя строба и вторым входом триггера, входы блока совпадения подключены к выходам компараторов, а выход - к первому входу второго ключа, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, выход второго ключа является выходом наличия простого сигнала, дополнительно введены последовательно соединенные третий компаратор, счетчик импульсов, пороговый элемент, второй триггер, причем выход первого ключа подключен ко входу третьего компаратора, линия задержки, четвертый компаратор, второй блок совпадения, третий и четвертый ключи, выход первого триггера через линию задержки подключен ко второму входу третьего ключа, выход которого подключен ко входу второго измерителя длительности, а первый вход соединен с выходом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом формирователя прямоугольного сигнала, выход порогового элемента соединен со входом установки нуля счетчика импульсов, а выход блока деления подключен ко входу четвертого компаратора, входы второго блока совпадения соответственно подключены к выходам первого, второго и четвертого компараторов, а его выход является выходом наличия фазоманипулированного сигнала и подключен ко второму входу четвертого ключа, выход первого блока совпадения подключен к первому входу четвертого ключа, третий триггер и третий блок совпадения, выход которого является выходом наличия сигнала с линейной частотной модуляцией, а второй и первый входы соединены соответственно с выходами четвертого ключа и третьего триггера, первый вход которого подключен к выходу второго триггера, а второй вход - к выходу формирователя прямоугольного сигнала.
Введение в известное устройство третьего и четвертого компараторов, счетчика импульсов, порогового элемента, линии задержки, второго и третьего блоков совпадения, третьего и четвертого ключей, второго и третьего триггеров и новых связей позволили получить новый эффект - расширение функциональных возможностей устройства, выраженное в различении ЛЧМ, ФМ и простых сигналов.
На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Она содержит Фурье-процессоры 1, 11, детектор огибающей 2, формирователь прямоугольного сигнала 3, компараторы 4, 9, 14, 20, блоки совпадения 5, 15, 24, логарифмический усилитель 6, синхронизатор 7, измерители длительности 8, 18, ключи 10, 18, 19, 22, формирователь управляющих импульсов 12, блок деления 13, формирователь строба 17, триггеры 21, 23, 28, линию задержки 25, счетчик импульсов 26, пороговый элемент 27.
Вход устройства подключен ко входам Фурье-процессора 1 и детектора огибающей 2. Выход Фурье-процессора 1 через последовательно соединенные усилитель логарифмический 6, Фурье-процессор 11, ключ 16, компаратор 20, счетчик импульсов 26, пороговый элемент 27, триггер 28, ключ 22, измеритель длительности 18 подключен ко второму входу блока деления 13, а выход детектора огибающей 2 через формирователь прямоугольного сигнала 3 и измеритель длительности 8 подключен к первому входу блока деления 13. Выходы синхронизатора 7 соответственно подключены к управляющим входам Фурье-процессоров 1, 11, а выход формирователя прямоугольного сигнала 3 подключен ко входам синхронизатора 7, формирователя строба 17, вторым входам триггеров 21, 23, 28. Выход формирователя строба 17 подключен ко второму входу ключа 16, выход которого соединен со входом триггера 21. Вход линии задержки 25 соединен с выходом триггера 21, а ее выход - со вторым входом ключа 22, выход которого подключен ко входу измерителя длительности 18. Выход порогового элемента 27 соединен со входом установки нуля счетчика импульсов 26, а выход ключа 22 подключен ко входу формирователя управляющих импульсов 12, выход которого соединен с управляющим входом блока деления 13. Выход блока деления 13 подключен ко входам компараторов 4, 9, 14. Выходы компараторов 4, 9, 14 подключены ко входам блока совпадения 5, выходы компараторов 9, 14 - ко входам блока совпадения 15, а выход компаратора 14 - ко второму входу ключа 19. Первый вход ключа 10 соединен с выходам блока совпадения 15 и со входом ключа 19, а его второй вход - с выходом блока совпадения 5. Первый вход триггера 23 соединен с выходом триггера 28, а его выход и выход ключа 10 подключены соответственно к первому и второму входам блока совпадения 24, выход которого является выходом "ЛЧМ", а выходы блока совпадения 5 и ключа 19 - соответственно выходами "ФМ" и "Простой" устройства.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства.
Его принцип действия основан на различии кепстров мощности ЛЧМ, ФМ и простых сигналов.
На фиг. 2 представлены схематические диаграммы кепстров простого (а), ФМ (б) и ЛЧМ (в) сигналов.
Анализ проведенных диаграмм показывает наличие значительных различий временных интервалов Δt между максимумами кепстров сигналов (различия длительности кепстров), которые равны:
пр
о
о
Простой Δt=2Т, где Т - длительность сигнала;
фм
о
о
о
ФМ Δt=2τ, где τ - длительность дискрета кода ФМ сигнала, которая обычно значительно меньше длительности сигнала Т;
лчм
о
ЛЧМ Δt=Т,
т.е. при обработке простого сигнала длительность кепстра равна удвоенной его длительности огибающей, для ФМ сигнала - удвоенной длительности дискрета кода, а при анализе ЛЧМ сигналов - длительности его огибающей.
Из фиг. 2(в) видно, что форма импульса кепстра мощности ЛЧМ сигнала в отличие от формы импульса ФМ и простого сигналов представляет многолепестковую структуру без ярко выраженного максимума.
Различия длительности кепстров сигналов, а также форм импульсов кепстров сигналов в предлагаемом устройстве используются для различения ЛЧМ, ФМ и простых сигналов.
Пороги компараторов 4, 9 и 14 имеют величины соответственно 1/2, 1 и N/2>1, где N - число дискретов в ФМ сигнале, обычно N≥5.
о
о
о
При приеме простого сигнала, кепстр которого, как видно из фиг. 2а, имеет два отклика вида sinx/x с ярко выраженным максимумом, на вход счетчика импульсов 26 с выхода компаратора 20 поступает только один импульс от каждого отклика кепстра. Следовательно, пороговый элемент 27, настроенный на число импульсов n≥3, не срабатывает и на выходах триггеров 28 и 23 сохраняется нулевое состояние. При этом выход ключа 22 соединен с его вторым входом. В тоже время первый отклик кепстра мощности простого сигнала переводит триггер 21 в единичное состояние, а второй - вновь в нулевое. На выходе триггера 21 формируется импульс, длительность которого равна расстоянию между откликами кепстра, то есть 2Т, где Т - длительность огибающей простого сигнала. Через линию задержки 25 и ключ 22 выходной импульс триггера 21 поступает на входы измерителя длительности 18 и формирователя управляющего импульса 12. Последний формирует импульс, разрешающий блоку деления 13 после поступления на его второй вход выходного сигнала измерителя длительности 18 произвести деление информации, поступившей на его первый вход, на информацию, поступившую на второй вход. Так как на первый вход блока деления 13 поступает информация, соответствующая длительности Т огибающей сигнала, то на его выходе получим для простого сигнала результат, равный 1/2. Выходной сигнал блока деления 13 поступает на входы компараторов 4, 9 и 14, однако срабатывает только компаратор 14, порог которого установлен на уровне 1/2. В результате блоки совпадения 5 и 15 не срабатывают ввиду отсутствия сигналов на выходах компараторов 4 и 9, а блок совпадения 24 не срабатывает, так как на выходе триггера 23 сигнал также равен нулю. Следовательно, на выходах ФМ и ЛЧМ устройства, которыми являются выходы блоков совпадения 5 и 24 соответственно, сигнал будет отсутствовать. Выходной сигнал компаратора 14 через открытый ключ 19 проходит на выход "Простой" устройства, индицируя прием простого сигнала.
Рассмотрим прием ЛЧМ сигнала.
о
о
Его кепстр (фиг. 2в) имеет многолепестковую структуру каждого из двух откликов, поэтому на выходе соответственным образом настроенного компаратора 20 появляется две пачки стандартных импульсов, соответствующих двум откликам кепстра, причем число импульсов в каждой пачке n≥3. Каждая пачка поступает на вход счетчика импульсов 26, который считает число импульсов в пачке. Так как n≥3, то после первой пачки импульсов от выходного сигнала счетчика импульсов 26 срабатывает пороговый элемент 27, выходной сигнал которого устанавливает в нулевое состояние счетчик 26 и в единичное триггер 28 и, соответственно, триггер 23. После второй пачки импульсов, соответствующей второму отклику кепстра, вновь срабатывает пороговый элемент 27 и его выходной сигнал устанавливает триггер 28 в нулевое состояние; триггер 23 при этом остается в единичном состоянии. Таким образом, на выходе триггера 28 формируется импульс, длительность которого равна расстоянию между откликами кепстра мощности ЛЧМ сигнала, т.е. Т; одновременно с компаратором 20 отклики кепстра мощности поступают и на вход триггера 21. Однако его выходной сигнал поступает на второй вход ключа 22 через линию задержки 25, длительность которой выбирается большей, чем время обработки сигнала в тракте компаратор 20 - счетчик импульсов 26 - пороговый элемент 27 - триггер 28. Поэтому выходной сигнал триггера 28 приходит на первый вход ключа 22 раньше, чем выходной сигнал триггера 21 - на второй вход. Ключ 22 устроен так, что появление сигнала на его первом входе вызывает соединение этого входа с выходом ключа. Таким образом, выходной сигнал триггера 28 с длительностью Т приходит на первый вход ключа 22 раньше, чем сигнал триггера 21 на его второй вход, вызывает соединение выхода ключа 22 с его первым входом и, следовательно, проходит через ключ 22 на входы измерителя длительности 18 и формирователя управляющего импульса 12. Далее происходит процедура деления, аналогичная вышеописанной, но результатом деления является величина, равная единице. Выходной сигнал блока деления 13 вновь поступает на входы компараторов 4, 9 и 14, но срабатывают только компараторы 9 и 14, пороги которых равны соответственно 1 и 1/2, так как порог компаратора 14 равен N/2>1. Выходящие сигналы компараторов 9 и 14 поступают на входы блоков совпадения 5 и 15. Блок совпадения 5 не срабатывает ввиду отсутствия сигнала на выходе компаратора 4. Следовательно, на выходе ФМ устройства, которым является выход блока совпадения 5, сигнал отсутствует. Блок совпадения 15 срабатывает, его выходной сигнал закрывает ключ 19, что предотвращает прохождение сигнала с выхода компаратора 14 на выход „Простой” устройства через ключ 19, и одновременно через открытый ввиду отсутствия сигнала на выходе блока совпадения 5 ключ 10 проходит на второй вход блока совпадения 24. Единичный сигнал с выхода триггера 23 поступает на первый вход блока совпадения 24, поэтому на его выходе, являющемся выходом „ЛЧМ” устройства, появляется сигнал, фиксируя прием ЛЧМ сигнала.
о
о
о
о
В случае приема ФМ сигнала процедура обработки аналогична приему простого сигнала. Однако расстояние между откликами кепстра мощности (фиг. 2б) равно в данном случае 2τ=2T/N, где τ - длительность дискрета ФМ сигнала, N - число дискретов, Т - длительность огибающей. Поэтому выходной сигнал блока деления 13 равен N/2>1. Выходной сигнал блока деления 13 поступает на входы компараторов 4, 9 и 14 и вызывает срабатывание всех трех компараторов, что, в свою очередь, обуславливает срабатывание блоков совпадения 5 и 15. Выходной сигнал блока совпадения 5 проходит на выход ”ФМ” устройства, индицируя прием ФМ сигнала. Одновременно он закрывает ключ 10, что не дает сигналу с выхода блока совпадения 15 пройти на второй вход блока совпадения 24. На первом входе последнего сигнал также отсутствует ввиду нулевого состояния на выходе триггера 23. Поэтому на выходе ”ЛЧМ” устройства сигнал отсутствует. Выходной сигнал блока совпадения 15 закрывает ключ 19, не пропуская сигнал с выхода компаратора 14 на выход ”Простой” устройства.
Фурье-процессоры выполнены с применением генераторов ЛЧМ сигналов и фильтров свертки на однотипных дисперсионных ультразвуковых линиях задержки. Остальные элементы структурной схемы устройства исполнены по типовым схемам на современной элементной базе цифровой техники.
Следовательно, предлагаемое устройство позволяет получить новый эффект - расширение функциональных возможностей, выраженное в различении трех типов - простого, ЛЧМ и ФМ - радиолокационных сигналов при одинаково высокой чувствительности при обработке этих сигналов.
Данный эффект дает возможность повысить качество решения задач селекции и идентификации радиолокационных сигналов в системах ПЦУ и РТР, увеличить вероятность правильного распознавания типа РЛС и ее носителя и улучшить эффективность радиолокационного подавления РЛС вероятного противника системами радиопротиводействия.