ОБНАРУЖИТЕЛЬ РАДИОИМПУЛЬСОВ
RADIO PULSE DETECTOR

Изобретение относится к методам и средствам обработки сигналов в радиотехнических системах и может быть использовано при решении задач обнаружения полезных радиоимпульсов в условиях воздействия помех.
Уточним постановку задачи. Одной из традиционных задач радиолокации является обнаружение пачки радиоимпульсов на фоне помех различного происхождения, в частности при воздействии непрерывной узкополосной помехи с неизвестной несущей частотой. Оптимальные алгоритмы решения такой задачи предполагают подавление помехи с последующим когерентным накоплением пачки радиоимпульсов, причем обе эти операции осуществляются на высокой частоте [1, 2]. Однако сложность технической реализации оптимальных алгоритмов часто вынуждает перейти к более простым методам обработки:
- во-первых, процесс подавления помехи переносится с высокой частоты на видеочастоту, т.е. после амплитудного детектирования входного сигнала;
- во-вторых, процесс последетекторного накопления импульсов пачки и последующего сравнения результатов накопления с пороговым напряжением заменяется двухэтапной процедурой принятия решения. На первом этапе осуществляется процедура принятия решения об обнаружении каждого отдельного импульса пачки путем сравнением видеосигнала с пороговым напряжением, а на втором этапе принимается окончательное решение об обнаружении пачки видеоимпульсов путем подсчета числа обнаруженных на первом этапе импульсов и сравнения этого числа с пороговым числом [2, стр.81-83]. В настоящем изобретении ставится задача повышения эффективности алгоритмов обнаружения отдельно взятого радиоимпульса после процедуры амплитудного детектирования входного сигнала в условиях воздействия непрерывной узкополосной помехи с неизвестной несущей частотой.
Известны схемы обнаружителей радиоимпульсов с последетекторной обработкой входного сигнала. Обзор таких обнаружителей приведен в [3, стр.22-35].
Недостаток аналогов состоит в их низкой эффективности при воздействии непрерывной узкополосной помехи с неизвестной несущей частотой.
В качестве прототипа выберем обнаружитель, представленный на странице 27, рис.2.5, того же источника [3, стр.22-35].
Недостаток прототипа состоит в его низкой эффективности при воздействии непрерывной узкополосной помехи с неизвестной несущей частотой.
Цель изобретения состоит в повышении эффективности обнаружения.
Для достижения поставленной цели в обнаружитель радиоимпульсов, содержащий последовательно соединенные амплитудный детектор и блок оценивания помехи, первый и второй выходы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному входам схемы вычитания, и основную пороговую схему с положительным пороговым напряжением, подключенную к выходу схемы вычитания, введена дополнительная пороговая схема с отрицательным пороговым напряжением, вход которой подключен к выходу схемы вычитания.
D
На фиг.1 изображена схема предложенного обнаружителя, элементы 1-5 которой несут следующее техническое содержание: 1 - амплитудный детектор, характеризующийся постоянной времени τ своего выходного низкочастотного фильтра; 2 - блок оценивания помехи (БОП), который характеризуется собственным временем усреднения помехи Т; 3 - схема вычитания, 4 - основная пороговая схема; 5 - дополнительная пороговая схема. На фиг.2 изображен первый из возможных вариантов реализации БОП, повторяющий часть схемы [3, стр.27, рис.2.5.] и содержащий многоотводную линию задержки 6, сумматор 7 и делитель напряжения 8, причем один из выходов линии задержки является носителем продетектированного радиоимпульса. На фиг.2 время усреднения помехи Т определяется величиной задержки в линии 6. На фиг.3 изображен второй из возможных вариантов исполнения БОН, содержащий инерционное звено 9 в виде RC-цепочки с делителем напряжения, осуществляющей низкочастотную фильтрацию поступающего сигнала. На фиг.3 время усреднения помехи Т определяется постоянной времени инерционного звена 9.
Заметим, что элементы 1-4 фиг.1 образуют схему прототипа, которая отличается от схемы [3, стр.27, рис.2.5.]. Видоизмененное, но по существу эквивалентное представление схемы прототипа позволяет точнее передать математическую сущность реализуемых операций с максимальным использованием принятой в теории обнаружения терминологии и облегчает доказательство положительного эффекта. О целесообразности введения схемы БОП было сказано выше. Относительно пороговой схемы в [3, стр.27, рис.2.5.] заметим, что она неявно выполняет две функции: операцию вычитания и собственно операцию принятия решения об обнаружении. Поэтому в схеме прототипа (элементы 1-4 фиг.1) эти функции разделены между схемой вычитания 3 и основной пороговой схемой 4. В теории оптимальных алгоритмов совокупность БОП 2 и схемы вычитания 3 совместно образуют устройство компенсации помехи [1, стр.78 (рис.2.226), стр.211 (рис.5.9)].
Ввиду того, что в обнаружителе фиг.1 радиотехническая часть обработки заканчивается на выходе схемы вычитания 3, ее выходной сигнал в дальнейшем целесообразно называть выходным сигналом обнаружителя.
Перейдем к рассмотрению функционирования предложенного обнаружителя фиг.1. Поступающий на вход амплитудного детектора 1 входной сигнал
состоит из двух слагаемых:
S
0
min
max
min
max
0
max
min
S
0
- S(t) - радиоимпульс длительностью τ с известной несущей частотой f. Спектр его лежит в диапазоне частот {f, f}, f+f=2f, f-f≈1/τ<<f;
H
min
max
- N(t) - помеха, включающая внутренние шумы ξ(t) и собственно мешающее колебание H(t) в виде непрерывного узкополосного процесса с медленно изменяющейся амплитудой и неизвестной несущей частотой f, лежащей в спектральном диапазоне полезного сигнала {f, f}.
D
S
S
Низкочастотный сигнал с выхода детектора 1 поступает на вход БОП 2. Постоянная времени τ выходного фильтра детектора 1 выбирается в (5-10) раз меньшей длительности τ радиоимпульса, а время усреднения помехи Т в БОП 2 выбирается равным нескольким (≥5-10) значениям τ, но не превышающим периода повторения радиоимпульсов.
1
2
1
2
Сигнал с первого выхода БОП 2, обозначаемый через A(t), поступает на положительный вход схемы вычитания 3, а сигнал со второго выхода БОП 2, обозначаемый через A(t) и равный усредненной на интервале длительностью Т амплитуде помехи N(t), поступает на отрицательный вход схемы вычитания 3. Разностный сигнал A(t)-А(1) с выхода схемы вычитания 3, являющийся выходным сигналом обнаружителя, поступает на две пороговые схемы 4 и 5, отличающиеся полярностью используемых в них пороговых напряжений. В схеме 4 пороговое напряжение имеет положительное значение, а в схеме 5 - отрицательное. Сами пороговые напряжения в 4 и 5 выбираются из условия достижения максимальной вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги. Окончательное решение об обнаружении полезного радиоимпульса выносится в том случае, если такое решение будет принято хотя бы в одной из пороговых схем 4 или 5.
Перейдем к доказательству достигаемого положительного эффекта, предполагая выполненным условие:
2
а также учитывая, что делители напряжений в схемах БОП обеспечивают равенство среднестатистических значений сигнала A(t) и амплитуды помехи N(t).
1
2
1
2
Рассмотрим случай отсутствия мешающего колебания H(t), когда N(t)=ξ(t). В этой ситуации прототип обеспечивает достаточно высокие характеристики обнаружения, т.к. ввиду условия (2) сигнал A(t) практически совпадает с амплитудой входного сигнала Y(t)=S(t)+ξ(t) и с высокой вероятностью превышает сигнал А(t), равный усредненному за время Т значению амплитуды внутренних шумов ξ(t). Положительные выбросы разностного сигнала A(t)-A(t) фиксируются пороговой схемой 4.
H
min
max
H
0
S
1
2
Рассмотрим случай, когда помеха N(t) содержит мешающее колебание H(t). Ввиду того, что несущая частота f мешающего колебания H(t) лежит в спектральном диапазоне полезного сигнала {f, f}, т.е. (f-f)≤1/τ, разность фаз мешающего колебания H(t) и радиоимпульса S(t) на всем протяжении последнего остается неизменной. Если при этом она составляет величину ≈ π, а амплитуда радиоимпульса S(t) не превышает двойной амплитуды мешающего колебания H(t), то разностный сигнал A(t)-A(t) будет иметь отрицательный выброс, который фиксируется дополнительной пороговой схемой 5.
Таким образом, отрицательные выбросы в выходном сигнале обнаружителя являются таким же признаком присутствия радиоимпульса на входе обнаружителя, как и положительные выбросы, и поэтому регистрация выбросов обеих полярностей повышает вероятность обнаружения радиоимпульса.
Источники информации
1. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: - М.: Радио и связь, 1992 г.
2. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981 г.
3. Оводенко А.А. Робастные локационные устройства. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981 г.