УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЕРОЯТНОСТИ ЛОЖНОЙ ТРЕВОГИ
DEVICE FOR STABILISING FALSE ALARM PROBABILITY

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для стабилизации частоты ложных срабатываний от выбросов шума порогового устройства на выходе радиолокационного приемника импульсных сигналов.
В настоящее время известны устройства, предназначенные для поддержания постоянным уровня ложных тревог на выходе приемника импульсных сигналов.
Устройство автоматической регулировки усиления по сигналу и шумам, описанное в журнале "Вопросы специальной радиоэлектроники", серия "Радиолокационная техника", выпуск 4, 1971 г., стр.132, детектирует видеосигнал, полученная постоянная составляющая после интегрирования и усиления используется для управления усилением регулируемого усилителя таким образом, что при колебаниях уровня входного шума на входе регулируемого усилителя уровень шума на его выходе остается относительно постоянным, что обеспечивает и стабильность (с некоторой точностью) частоты ложных тревог.
Устройство стабилизации уровня выходных шумов импульсных приемников, описанное в журнале "Вопросы специальной радиоэлектроники", серия "Радиолокационная техника", выпуск 5, 1973 г., стр.139, производит преобразование шума в однополярные импульсы, нормированные по амплитуде и длительности, со средней частотой следования, пропорциональной уровню шума на входе устройства, которые затем интегрируются и выделенная постоянная составляющая в качестве регулируемого напряжения подается на регулируемый усилитель. Это и вышеописанное устройство относится к системам автоматической регулировки усиления и поэтому обладают присущими этим системам недостатками: 1) размыканием петли обратной связи АРУ при падении уровня входного шума ниже некоторого заданного значения, называемого «напряжением задержки», в результате чего уровень шума перестает контролироваться, и 2) наличием статической ошибки в точности поддержания заданного уровня шума, что весьма важно, так как частота ложных тревог экспоненциально увеличивается с ростом уровня шума.
Устройство стабилизации частоты ложных отметок, описанное в журнале "Военная радиоэлектроника", №9 (326), 1970 г., стр.48, преобразует поступающий на пороговое устройство видеошум в последовательность нормированных импульсов, которые затем одновременно поступают на два счетчика импульсов, причем один из них выдает сигнал на увеличение порога порогового устройства только при его полном заполнении, а второй счетчик выдает сигнал на уменьшение порога порогового устройства только в случае его незаполнения, в результате чего частота импульсов ложных тревог на выходе порогового устройства относительно постоянна.
Устройство стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем по авторскому свидетельству №320067 (приоритет от 02.04.1970 г.) преобразует видеошум с помощью порогового элемента-каскада сравнения в последовательность нормированных импульсов, частота следования которых зависит от уровня входного шума, поступающих затем на суммирующий ввод реверсивного счетчика импульсов, на вычитающий вход которого подается последовательность импульсов заданной частоты следования с опорного генератора. В результате этого на выходе преобразователя "код-напряжение", соединенного с выходами разрядов реверсного счетчика, вырабатывается квазипостоянное напряжение, использующееся для управления порогом порогового элемента-каскада сравнения таким образом, что при колебании уровня входного шума частота ложных тревог на выходе порогового элемента-каскада сравнения будет относительно постоянна. Последние два устройства свободны от первого из вышеуказанных недостатков - размыкания петли обратной связи при уменьшении уровня шума на входе устройства ниже некоторого заданного значения, однако частота ложных тревог при колебаниях уровня входного шума будет поддерживаться постоянной с остаточной ошибкой плюс-минус один герц, что обусловлено принципом работы этих устройств.
На основании изложенного, наиболее близким к заявляемому является устройство стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем по авторскому свидетельству №320067 с приоритетом от 02.04.1970 г., которое содержит пороговый элемент-каскад сравнения, реверсивный счетчик, преобразователь "код-напряжение" и опорный генератор импульсов, при этом выход порогового элемента-каскада сравнения подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выход опорного генератора импульсов подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, выходы разрядов реверсивного счетчика подсоединены ко входам преобразователя "код-напряжение", выход которого подключен к управляющему входу порогового элемента-каскада сравнения.
Как указывалось выше, недостатком этого устройства является наличие ошибки в точности поддержания частоты ложных тревог на выходе порогового элемента-каскада сравнения равной заданной, что приводит к уменьшению достоверности обнаружения сигнала радиолокационным приемником.
Целью настоящего изобретения является повышение точности стабилизации частоты ложных тревог на выходе радиолокационного приемника.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство стабилизации частоты ложных тревог на выходе радиолокационного приемника, содержащее пороговый элемент-каскад сравнения и опорный генератор импульсов, введены первый и второй триггеры и интегратор; при этом выход порогового элемента-каскада сравнения подключен к первому входу первого триггера, выход второго триггера подключен ко второму входу первого триггера, выход первого триггера подключен ко второму входу второго триггера и входу интегратора, выход которого подключен ко второму входу порогового элемента-каскада сравнения, а выход опорного генератора импульсов соединен с первым входом второго триггера.
Физическая сущность работы заявляемого устройства основывается на известном из теории радиотехники факте, что мгновенное значение разности частот двух гармонических сигналов пропорционально производной по времени от разности фаз этих сигналов.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>ω</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>d</mi><mi>ϕ</mi></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac></mrow>
где Δω - мгновенная разность частот,
φ - разность фаз.
Применительно к последовательностям импульсов можно вывести аналогичное равенство, если разность фаз заменить временным сдвигом одной (сигнальной) импульсной последовательности относительно другой (опорной), а под частотами понимать частоты следования импульсов. Введение в устройство первого и второго триггеров и интегратора позволило получить на выходе интегратора постоянную составляющую, величина которой зависит от временного сдвига между сигнальной, сформированной из входного шума, последовательностью импульсов и опорной последовательностью, а значит, от интеграла от разности частот следования импульсов в этих двух последовательностях, так как из вышеописанного следует, что временной сдвиг будет пропорционален интегралу от мгновенной разности частот следования. Из теории автоматических систем регулирования известно, что система, в которой регулирование происходит не по отклонению самой регулируемой величины, а по интегралу от этого отклонения, является астатической по отношению к регулируемой величине, то есть после окончания переходных процессов регулируемая величина должна быть точно равна заданной и ошибка регулирования равна нулю. Физически это объясняется тем, что заявляемое устройство подстраивает временной сдвиг между опорной и сигнальной импульсными последовательностями таким образом, что после окончания переходных процессов он становится равным некоторой постоянной величине, зависящей от параметров устройства, но так как мгновенная разность частот следования импульсов опорной и сигнальной последовательностей определяется производной по времени от временного сдвига, то в данном случае она равна нулю по причине равенства нулю производной по времени от постоянной величины.
На чертеже изображена блок-схема заявляемого устройства.
Устройство стабилизации частоты ложных тревог состоит из порогового элемента-каскада сравнения 1, интегратора 2, первого триггера 3, второго триггера 4, и опорного генератора импульсов 5. Первый вход порогового элемента-каскада сравнения 1 является входом устройства. Первый 3 и второй 4 триггеры являются триггерами Д-типа и выполнены таким образом, что на их информационные входы и входы установки логической единицы (не указанные на блок-схеме устройства) постоянно подается сигнал "Логическая единица". Первые входы первого 3 и второго 4 триггеров являются входами синхронизации, вторые входы первого 3 и второго 4 триггеров являются входами установки логического нуля. Выход первого триггера 3 является прямым, а выход второго триггера 4 - инвертирующим.
Выход порогового элемента-каскада сравнения 1 соединен с первым входом первого триггера 3 и является выходом устройства. Второй вход первого триггера 3 подключен к выходу второго триггера 4. Выход первого триггера 3 соединен со вторым входом второго триггера 4 и со входом интегратора 2. Первый вход второго триггера 4 соединен с выходом опорного генератора импульсов 5. Выход интегратора 2 подключен ко второму (управляющему) входу порогового элемента-каскада сравнения 1.
Устройство работает следующим образом.
На вход порогового элемента-каскада сравнения 1 поступает видеошум, частоту выбросов которого над определенным пороговым уровнем необходимо стабилизировать. Пороговый элемент-каскад сравнения 1 формирует из видеошума последовательность импульсов нормированной амплитуды и длительности, причем частота следования этих импульсов равна средней частоте выбросов шума над определенным, заранее заданным пороговым уровнем, то есть средней частоте ложных тревог. Полярность и величина импульсов выбирается таким образом, чтобы приход импульса на первый вход первого триггера 3 соответствовал сигналу "логическая единица". Опорный генератор импульсов 5 формирует на выходе эталонную последовательность импульсов, величина и полярность которых выбирается аналогично вышеописанному, а частота следования равна необходимой частоте ложных тревог. Предположим, что на выходе первого триггера записан сигнал "логический нуль". При поступлении импульса с выхода порогового элемента-каскада сравнения 1 на первый вход первого триггера 3 на выходе последнего формируется сигнал "логическая единица", который поступает на вход интегратора 2 и второй вход второго триггера 4. Предположим, что на выходе второго триггера 4 в это время записан сигнал "логическая единица". При поступлении на первый вход второго триггера 4 импульса с выхода опорного генератора импульсов 5 на его выходе появляется сигнал "логический нуль", который поступает на второй вход первого триггера 3 и перебрасывает его, в результате чего на выходе последнего формируется сигнал "логический нуль", который поступает на вход интегратора 2 и на второй вход второго триггера 4, который возвращается в исходное состояние. Следующий импульс, поступающий с выхода порогового элемента-каскада сравнения 1 на первый вход первого триггера 3, вновь формирует на его выходе сигнал "логическая единица", и так далее. Таким образом, на вход интегратора 2 поступает последовательность импульсов, длительность которых равна временному сдвигу между импульсами, сформированными пороговым элементом-каскадом сравнения 1 и опорным генератором импульсов 5 соответственно. На выходе интегратора 2 выделяется постоянная составляющая, величина которой пропорциональна этому временному сдвигу. Эта постоянная составляющая используется в качестве регулируемого напряжения и подается на второй (управляющий) вход порогового элемента-каскада сравнения 1, в результате чего порог последнего регулируется таким образом, что частота следования импульсов, формируемых пороговым элементом-каскадом сравнения 1 (то есть частота ложных тревог), однозначно связанная с временным сдвигом, становится равной частоте следования импульсов опорного генератора импульсов 5, то есть ошибка системы стабилизации в подстройке частоты равна нулю.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить новый эффект - уменьшение до нуля ошибки в поддержании частоты ложных тревог равной заданной, что приводит к увеличению достоверности обнаружения полезного импульсного сигнала радиолокационным приемником.
Все элементы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам на основе серийных интегральных схем, при этом введение новых элементов приводит к удешевлению устройства по сравнению с прототипом, улучшая в то же время технические характеристики устройства.