Двухчастотное устройство селекции движущихся целей

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам селекции движущихся целей (СДЦ), и может быть использовано в двухчастотных, преимущественно импульсно доплеровских, РЛС для выделения сигнала цели на фоне мешающих отражений от дискретных движущихся коррелированных помех.
Известно двухчастотное устройство селекции движущихся целей, описанное в работе Hsiao Y.K. “Analysis of a dual frequency moving target indication system”, The Radio and Electronic Engineer, vol. 45, № 7, pp. 351-356, July 1975, содержащее последовательно соединенные перемножитель, фильтр и устройство селекции целей по скорости. Перемножитель и фильтр в этом случае выполняют функции устройства выделения разностей фазы двух несущих частот. Недостатком данного устройства является расширение спектра флюктуации сигналов пассивных помех, в том числе и дискретных, требование повышенного динамического диапазона, изменение закона распределения сигналов на выходе устройства, что все вместе приводит к пониженной эффективности обнаружения сигналов цели на фоне дискретных пассивных помех.
Известно двухчастотное устройство СДЦ, которое содержит два сумматора, два детектора, основной сумматор, устройство селекции целей по скорости, выполненное в виде устройства череспериодного вычитания, и два дополнительных входных усилителя, входы и выходы которых перекрестно соединены со входами двух сумматоров. При этом каждое из двух последовательных соединений сумматора и детектора представляет собой устройство выделения разностей фазы.
Недостатком описанного устройства является расширение спектра флуктуаций сигналов пассивных помех, вызываемое наличием нелинейного элемента (линейного амплитудного детектора) в тракте отработки сигналов и введением "перекоса" усиления по входам каждого устройства выделение разностной фазы, что приводит к низкой эффективности обнаружения целей на фоне дискретных движущихся пассивных помех.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности обнаружения целей на фоне дискретных движущихся пассивных помех за счет уменьшения потерь, связанных с расширением спектра их флуктуаций. Поставленная цель достигается тем, что в двухчастотное устройство СДЦ, содержащее два устройства выделения разностей фазы, сумматор, линию задержки и схему вычитания введены дополнительно линия задержки, схема вычитания, два детектора, два управляемых фазовращателя и два рециркулятора накопителя, при этом каждый частотный вход устройства соединен со входом линии задержки, первым входом схемы выделения разностей фазы и входом управляемого фазовращателя, выход линии задержки соединен со вторым входом схемы выделения разностей фазы и первым входом схемы вычитания, второй вход которой подключен к выходу управляемого фазовращателя, а выход - ко входу детектора, причем выход каждой данной схемы выделения разностей фазы, связанной с соответствующим частотным входом устройства, соединен через рециркулятор-накопитель со входом управления фазовращателя, связанного с соответствующим другим частотным входом устройства, а выходы детекторов подключены ко входам сумматора, выход которого является выходом устройства.
Сущность предлагаемого изобретения будет понятна из следующего описания и приложенных к нему чертежей.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.
На фиг. 2 - характеристики обнаружения прототипа и предлагаемого устройства.
На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1. Линия задержки.
2. Схема выделения разностей фазы.
3. Схема вычитания.
4. Управляемый фазовращатель.
5. Детектор.
6. Рециркулятор-накопитель.
7. Сумматор.
Предлагаемое устройство содержит в каждом частотном канале линию задержки 1, вход и выход которой подключены к схеме выделения разностей фазы 2, вход линии задержки 1 соединен со входом управляемого фазовращателя 4, выход которого подключен к одному из входов схемы вычитания 3, другой вход которой соединен с выходом линии задержки 1. Выходы схем вычитания 3 через детекторы 5 подключены ко входам сумматора 7. Выходы схем выделения разностей фазы 2 через рециркуляторы-накопители 6 подключены перекрестно ко входам управления фазовращателей 4.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На входы линий задержки двух частотных каналов поступает периодическая последовательность сигналов, отраженных от дискретной пассивной помехи и цели. Одновременно они поступают на первые входы устройств выделения разностей фазы сигналов двух соседних периодов. На вторые входы этих устройств поступают сигналы с выходов линий задержки. На выходе устройства выделения разностей фазы формируется сигнал с фазой, равной оценке межпериодного фазового сдвига в каждом элементе размещения. Этот сигнал, полученный в каждом частотном канале, используется для автоматической компенсации доплеровского сдвига фаз сигналов дискретной пассивной помехи в долгом частотном канале.
В силу относительно низкой скорости движения пассивных отражателей значение фазовых углов на разных несущих частотах близки между собой и могут использоваться в целях компенсации. В то же время для движущихся целей межпериодный сдвиг фаз на разных несущих частотах отличается значительно, что не приводит к подавлению полезных сигналов.
Поскольку оценка доплеровского сдвига фаз по одному элементу разрешения имеет значительную флуктуационную ошибку, сигналы с выхода устройства выделения разностей фазы подаются на устройство межпериодного накопления рециркуляторного типа. Благодаря накоплению точность оценки доплеровской фазы по одному элементу разрешения существенно повышается, чем достигается значительный выигрыш в подавлении пассивной помехи по сравнению с двухчастотным устройством СДЦ традиционного типа. Нормированный сигнал с выхода накопителя-рециркулятора каждого частотного канала подается на управляемый фазовращатель, входящий в состав однократного череспериодного компенсатора помехи другого частотного канала. Компенсатор помехи состоит из линии задержки, управляемого фазовращателя и устройства вычитания и осуществляет выделение полезных сигналов от движущихся целей на фоне мешающих отражений с компенсированным межпериодным сдвигом фазы. Сигналы с выходов череспериодных компенсаторов детектируются и объединяются на сумматоре.
Следует отметить, что в отличие от широко распространенных способов повышения точности оценки путем усреднения по соседним элементам разрешения, в предлагаемом устройстве усреднение оценок производится по нескольким периодам повторения, но для каждого элемента разрешения - в отдельности. Это дает возможность значительно повысить точность оценки с сохранением возможности работы в условиях дискретной по дальности пассивной помехи.
При этом, однако, появляется дополнительная инерционность, по азимуту в режиме кругового обзора, соответствующая постоянной времени накопителя-рециркулятора.
Эта инерционность может в ряде случаев ухудшить точность измерения азимута цели в условиях пассивных помех в режиме кругового обзора. Однако в большинстве практически важных случаев число зондирований, приходящихся на ширину диаграммы направленности антенны, достаточно велико по сравнению с количеством зондирований, необходимых для оценки межпериодной разности фазы. В особенности это справедливо для импульсно-доплеровских РЛС, работающих с повышенной частотой повторения. В этом случае количество зондирующих импульсов, приходящихся на ширину диаграммы направленности антенны, достигает несколько десятков и более. При этом инерционность по азимуту, возникающая при оценке межпериодной разности фазы, проявляется незначительно.
Устройство выделения разностей фаз сначала вычисляет произведение , где  - период повторения, индекс K=1, 2 определяет принадлежность к соответствующему частотному входу. Затем вырабатывает межпериодную разность фаз
,
где , , соответственно косинусная и синусная квадратурные составляющие . То есть устройство выделения разностей фаз может быть выполнено в виде умножителя двух комплексных чисел, делителя и постоянного запоминающего устройства, в котором записаны значения arctgx, считываемые по данному x.
Рециркулятор-накопитедь представляет собой сумматор с обратной связью на линии задержки, осуществляющий в каждом элементе дальности накопление межпериодных разностей фаз каждого частотного канала.
В целях проверки эффективности предлагаемого устройства проводилось математическое моделирование его работы на ЭВМ БЭСМ-6. В качестве сравнения моделировалась также работа двухчастотного устройства СДЦ, описанного в прототипе.
Моделирование производилось при следующих исходных данных:
- относительная расстройка несущих частот в двух частотных каналах .
- Форма доплеровского спектра пассивной помехи - гауссовская.
- Относительная двусторонняя ширина доплеровского спектра помехи по уровню - 20 дБ .
- Постоянная времени накопителя рециркулятора - 9 периодов повторения импульсов.
- Система СДЦ - однократный череспериодный компенсатор.
- Доплеровская частота полезного сигнала составляла  в первом частотном канале к  во втором частотном канале (была близка к оптимальной).
Результаты моделирования приведены на фиг. 2 в виде характеристик обнаружения двух устройств.
Из фиг. 2 видно, что использование межпериодного накопителя существенно повышает эффективность обнаружения полезного сигнала и, в частности, приводит к уменьшению порогового сигнала для вероятности правильного обнаружения 0,5 на 10÷13 дБ.
Таким образом, в предлагаемом устройстве более эффективно обнаруживаются цели на фоне дискретных пассивных помех, чем в прототипе.
В качестве базового объекта, в котором реализовано двухчастотное устройство селекции движущихся целей, следует взять РЛС 5Н88.