СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ ВТОРИЧНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
METHOD OF DETECTING SECONDARY RADAR SYSTEM SIGNALS

Изобретение относится к системам, использующим отражение или вторичное излучение радиоволн, например к радарным. Заявляемый способ может использоваться в устройствах приема и обработки радиосигналов, например во вторичных радиолокационных системах для обнаружения импульсных сигналов.
Вторичные радиолокационные системы позволяют летательным аппаратам обмениваться информацией друг с другом, а также с наземными станциями. При выделении сигналов вторичных радиолокационных систем из совокупности принимаемых сигналов (полезные импульсные сигналы с хаотическими импульсными помехами и внутрисистемными помехами) необходимо производить не только их обнаружение, но и определять параметры принятых сигналов, при этом точность измерения этих параметров является одним из важных показателей таких систем.
Из уровня техники известен способ селекции импульсных сигналов [Авторское свидетельство СССР №1541762, МПК H03K 5/24, G05B 1/01, 1988 г.], в котором сравнивают амплитуды импульсного входного сигнала с нижним и верхним пороговыми уровнями напряжения, а с целью повышения помехозащищенности выделения импульсных сигналов выделяют время нарастания уровня входного сигнала от нижнего порогового уровня напряжения до верхнего, которое сравнивают с заданным значением. После этого выделяют сигналы с амплитудой, превышающей верхний пороговый уровень, и с временем нарастания уровня сигнала в интервале от заданного значения времени нарастания уровня сигнала и выше.
В качестве прототипа для заявляемого способа выбран способ обнаружения искаженных импульсных сигналов [Патент РФ №2425394, МПК G01S 7/292, 2009 г.], включающий согласованную фильтрацию сигнала с последующим пороговым принятием решения о его наличии или отсутствии по выбранному критерию, отличающийся тем, что формируют два дополнительных канала обнаружения, в которых по известной форме исходного обнаруживаемого сигнала и заданной модели частотно-селективных искажений определяют моменты времени опорных отсчетов, в которых измеряют суммарные значения остаточного сигнала и шума на выходе согласованного фильтра и вычисляют его коэффициенты корреляции между опорными и информационным отсчетами, по которым при известной мощности выходного шума согласованного фильтра и заданной вероятности ложной тревоги вычисляют значения порогов принятия решений, которые устанавливают в управляемых пороговых устройствах дополнительных каналов обнаружения, при этом результирующее решение о наличии или отсутствии сигнала принимают на основе соответствующих частных решений по основному и дополнительным каналам обнаружения по правилу: сигнал обнаруживается, если хотя бы в одном из частных каналов обнаружения он регистрируется.
Указанные способы позволяют достоверно обнаруживать импульсные сигналы на фоне шумов в условиях частотно-селективных искажений при неизменных энергетических и частотно-временных ресурсах канала связи, но при этом полученные характеристики обнаружения не позволяют сохранить точность измерения параметров принимаемых сигналов.
Технический результат заявляемого изобретения направлен на повышение характеристик обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем при низких отношениях сигнал/шум с сохранением точности измерения их параметров.
Технический результат заявляемого способа обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем достигается тем, что выполняют обработку принятых импульсных сигналов с последующим пороговым принятием решения об их наличии или отсутствии, при этом вычисляют значения порогов принятия решений и устанавливают их в пороговых устройствах каналов обнаружения. Для обработки принятых сигналов формируют два канала обнаружения - оптимальный канал (канал усреднения) и канал медианной фильтрации, работающих независимо друг от друга. В оптимальном канале выполняют усреднение поступающих отсчетов принятых сигналов, а в канале медианной фильтрации выполняют их обработку медианным фильтром. После оптимальной обработки (усреднения) и медианной фильтрации для каждого канала обнаружения вычисляют значение разности отсчетов и сравнивают его со значением порога принятия решения. При этом в качестве значения порога принятия решения для оптимального канала используют константу, которая определяется эмпирически и зависит от крутизны фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов, а для канала медианной фильтрации - переменную величину, зависящую от уровня шума (дисперсии шума) в каналах. После этого принимают решение о наличии или отсутствии сигналов, при этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется в обоих каналах обнаружения.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем выполняют обработку принятых импульсных сигналов с последующим пороговым принятием решения об их наличии или отсутствии. Для обработки принятых сигналов формируют два канала обнаружения - оптимальный канал (канал усреднения) и канал медианной фильтрации, работающих независимо друг от друга. В обоих каналах обнаружения обрабатывают одинаковое количество одних и тех же отсчетов принятых сигналов. В оптимальном канале выполняют усреднение поступающих отсчетов принятых сигналов, а в канале медианной фильтрации осуществляют их обработку медианным фильтром, при помощи которого отфильтровывают хаотические импульсные помехи малой длительности. После оптимальной обработки (усреднения) и медианной фильтрации для каждого канала обнаружения вычисляют значение разности отсчетов и сравнивают его с заданным значением порога принятия решения, которое устанавливают в пороговом устройстве каждого канала обнаружения. За значение разности отсчетов принимают разность между соседними отсчетами или между отсчетами, удаленными друг от друга на N (N - целое число) отсчетов, где N определяется частотой дискретизации и длительностью фронтов (нарастаний и спадов) принятых импульсных сигналов.
В качестве значения порога принятия решения для оптимального канала используют константу, которая определяется эмпирически и зависит от крутизны фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов, а для канала медианной фильтрации - переменную величину, зависящую от уровня шума (дисперсии шума), присутствующего в обоих каналах обнаружения. Для определения значения порога принятия решения для канала медианной фильтрации осуществляют выделение шума. Для того чтобы амплитуда каждого принятого сигнала не влияла на выделение шума, каждый раз на интервале времени, когда амплитуда импульсного сигнала максимальна, процесс выделения шума приостанавливают. По окончании выделения шума определяют среднее значение дисперсии шума и используют его для вычисления текущего значения порога принятия решения для канала медианной фильтрации. После этого принимают результирующее решение о наличии или отсутствии сигналов. При этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется в обоих каналах обнаружения. При наличии обнаруженных импульсных сигналов определяют длительность и среднюю амплитуду каждого из них.
На фиг.1 представлена схема устройства для обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем.
Устройство состоит из схемы усреднения 1, первого порогового устройства 2, медианного фильтра 3, второго порогового устройства 4, устройства выделения шума 5 и решающего устройства 6. При этом схема усреднения 1 и первое пороговое устройство 2 образуют оптимальный канал, а медианный фильтр 3 и второе пороговое устройство 4 образуют канал медианной фильтрации. Вход схемы усреднения 1 является входом устройства. Выход схемы усреднения 1 соединен с входом первого порогового устройства 2 и с первыми входами устройства выделения шума 5 и решающего устройства 6. Вход медианного фильтра 3 соединен с входом устройства, а выход - с первым входом второго порогового устройства 4 и со вторым входом устройства выделения шума 5. Выход устройства выделения шума 5 соединен со вторым входом второго порогового устройства 4. Выходы первого 2 и второго 4 пороговых устройств соединены соответственно со вторым и третьим входами решающего устройства 6, первый выход которого соединен с третьим входом устройства выделения шума 5, а второй выход является выходом устройства.
Обнаружение сигналов вторичных радиолокационных систем реализуется устройством следующим образом.
На вход схемы усреднения 1 оптимального канала поступают отсчеты принятого импульсного сигнала (в совокупности с шумом и импульсными помехами), которые одновременно поступают на вход медианного фильтра 3 канала медианной фильтрации. Схема усреднения 1 выполняет усреднение всех поступающих отсчетов (в «скользящем окне» непрерывно вычисляется средняя величина всех находящихся в нем отсчетов), а медианный фильтр 3 выполняет фильтрацию хаотических импульсных помех малой длительности. Со схемы усреднения 1 сигнал среднего значения поступает на вход первого порогового устройства 2, на первый вход устройства выделения шума 5, а также на первый вход решающего устройства 6 для определения амплитуды принятого импульсного сигнала. С выхода медианного фильтра 3 отфильтрованный сигнал поступает на первый вход второго порогового устройства 4 и на второй вход устройства выделения шума 5. Первое 2 и второе 4 пороговые устройства вычисляют значения разностей отсчетов и сравнивают их со значениями порогов принятия решений. Селекция импульсных сигналов по разности отсчетов позволяет осуществлять обнаружение сигналов, зная только крутизну фронтов принимаемых импульсных сигналов (селекция передних фронтов (нарастаний) и задних фронтов (спадов) импульсных сигналов).
В оптимальном канале в качестве значения порога принятия решения используется константа, которая определяется эмпирически по крутизне фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов и устанавливается предварительно в первом пороговом устройстве 2. В канале медианной фильтрации в качестве значения порога принятия решения используется переменная величина, которую вычисляет устройство выделения шума 5 и передает ее текущее значение со своего выхода на второй вход второго порогового устройства 4. Значение порога принятия решения, используемое во втором пороговом устройстве 4 медианного канала, зависит от уровня шума (дисперсии шума), присутствующего в обоих каналах обнаружения, и вычисляется на основании данных, поступающих на первый и второй входы устройства выделения шума 5. Для того чтобы амплитуда каждого принятого сигнала не влияла на выделение шума, каждый раз на время, когда амплитуда импульсного сигнала максимальна, устройство выделения шума 5 отключается и закрывает схему по команде, поступающей на его третий вход с первого выхода решающего устройства 6. Данные с выходов первого порогового устройства 2 (статический порог) и второго порогового устройства 4 (динамический порог) после их срабатывания поступают соответственно на второй и третий входы решающего устройства 6. Решающее устройство 6 формирует признаки обнаружения сигнала на выходе устройства. При этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется и в оптимальном канале, и в канале медианной фильтрации. То есть формирование признаков обнаружения сигнала решающим устройством 6 осуществляется при одновременном срабатывании первого 2 и второго 4 пороговых устройств. При наличии признаков обнаружения сигнала решающее устройство 6 также определяет длительность каждого обнаруживаемого сигнала и его среднюю амплитуду. В противном случае считается, что сигналы в канале связи отсутствуют.
На фиг.2 представлены временные диаграммы следующих сигналов:
1 - сигнал, поступающий на вход устройства (отсчеты принятого сигнала на входе схемы усреднения 1 и медианного фильтра 3);
2 - сигнал после обработки медианным фильтром 3;
3 - сигнал на выходе схемы усреднения 1 (усредненный сигнал);
4 - сигнал на выходе первого порогового устройства 2 (статический порог);
5 - сигнал на выходе устройства выделения шума 5 (выделенный шум);
6 - сигнал на выходе второго порогового устройства 4 (динамический порог);
7 - сигнал на втором выходе решающего устройства 6 (обнаруженный сигнал на выходе устройства).
и
ф
и
ф
Таким образом, благодаря одновременному использованию свойств оптимальной обработки и свойств медианной фильтрации удалось повысить характеристики обнаружения при низких отношениях сигнал/шум, сохранив при этом высокую точность измерений параметров сигнала. При этом в предлагаемом техническом решении точность измерения параметров выделенных (обнаруженных) сигналов в t/t раз больше по сравнению с прототипом, в котором алгоритм обнаружения построен на основе согласованной фильтрации, где t - длительность выделяемого импульсного сигнала, а t - длительность его фронта (нарастания или спада).
Промышленная применимость данного способа возможна, исходя из того что все используемые операции практически реализуемы в цифровой технике, а также программным способом в вычислительной технике.