Устройство для определения вида внутриимпульсной модуляции

Предлагаемое устройство для определения параметров внутриимпульсной модуляции линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов относится к приемникам импульсной информации и предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки (РТР) и пассивных системах целеуказания (ПСЦУ) в качестве аппаратуры различения и оценки параметров внутриимпульсной модуляции сигналов.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840962 (заявка 1575094 от 21.02.1974 г.), в котором для определения вида модуляции сложных сигналов используется перемножение двух сигналов, сдвинутых во времени, и дальнейшее взвешивание энергий определенных участков спектра сигнала биений по выходу перемножителя. Спектр сигнала биений при обработке ЛЧМ сигналов концентрируется в относительно узкой полосе и намного уже спектра сигнала на входе устройства, а спектр сигнала биений при обработке фазоманипулированного (ФМ) сигнала обратно пропорционален времени задержки в схеме перемножителя (автокоррелятора) и намного шире спектра сигнала биений при обработке ЛЧМ сигналов. По этим отличительной особенностью спектров сигналов биений при обработке ЛЧМ и ФМ сигналов принимается решение о виде модуляции входного сигнала. Недостатком данного устройства является узкий диапазон рабочих частот канала различения ФМ сигналов и требуемое большое отношение сигнал/помеха, что определяет малую чувствительность.
В качестве второго аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1841158 (заявка 1587293 от 14.03.1975 г.), в котором для расширения диапазона рабочих частот различения ФМ сигналов автокоррелятор выполнен по квадратурной схеме. Алгоритм принятия решения о виде модуляции здесь аналогичен рассмотренному выше, поэтому низкая чувствительность устройства является его недостатком.
з
В рассмотренных аналогах для различения ФМ и ЛЧМ сигналов используется общий автокоррелятор, в то время как требования к длительности задержки в цепи автокоррелятора для обработки ФМ и ЛЧМ сигналов противоречивы. Если для обработки ФМ сигналов длительность задержки должна быть не более длительности парциального радиоимпульса ФМ сигнала, практически не более 0,2 мкс, то для обработки ЛЧМ сигналов длительность задержки в цепи автокоррелятора определяется длительностью и девиацией частоты ЛЧМ сигнала и практически составляет величину не менее 0,5 мкс. Наличие одной общей линии задержки в цепи автокоррелятора не может удовлетворить этим противоречивым требованиям, поэтому в рассмотренных аналогах различение ФМ и ЛЧМ сигналов производится в узком диапазоне параметров внутриимпульсной модуляции обрабатываемых сигналов (например, при выборе времени задержки в цепи автокоррелятора τ=0,5 мкс мы уверенно различаем ЛЧМ сигналы, но ФМ сигналы различаем только при длительности парциального радиоимпульса более 0,5 мкс). Поэтому узкий диапазон параметров внутриимпульсной модуляции обрабатываемых ЛЧМ и ФМ сигналов является недостатком рассмотренных аналогов.
В качество третьего аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840896 (заявка 2206387 от 5.07.1976 г.), в котором для расширения диапазона параметров модуляции обрабатываемых сигналов используются отдельные каналы обработки ЛЧМ и ФМ сигналов. Каждый канал содержит автокорреляторы, в состав которых входят линии задержки, перемножители и фильтры, причем задержка в цепи автокоррелятора канала обработки ЛЧМ сигнала выбирается намного больше аналогичной задержки в канале обработки ФМ сигнала. Для различения ЛЧМ сигнала здесь используется информация о биполярности напряжения сигнала биений на выходе фильтра нижних частот автокоррелятора. Такой способ реализации устройства приводит к тому, что при обработке ФМ сигналов отклик автокоррелятора канала ЛЧМ сигнала также биполярный и на его выходе формируется ложный признак приема ЛЧМ сигнала. Для исключения ложной информации при обработке ФМ сигналов производится бланкирование схемы формирования признака приема ЛЧМ сигнала, которое осуществляется признаком приема ФМ сигналов. Однако чувствительность канала обработки ЛЧМ сигнала в данном устройстве на 5-7 дБ выше чувствительности канала обработки ФМ сигнала из-за разных полос на выходах автокорреляторов соответствующих каналов (полоса обработки ФМ сигналов намного шире полосы обработки ЛЧМ сигналов). Разная чувствительность каналов приводит к тому, что ФМ сигналы в динамическом диапазоне на 5-7 дБ выше уровня чувствительности канала обработки ЛЧМ сигналов принимаются за ЛЧМ сигналы, так как в этом диапазоне канал обработки ФМ сигналов не срабатывает и не осуществляет бланкирование канала обработки ЛЧМ сигнала. Поэтому в данном динамическом диапазоне устройство имеет низкую достоверность различения сигналов по выходу "ЛЧМ".
В качестве четвертого аналога рассмотрим устройство, в котором для повышения достоверности различения ЛЧМ сигналов используется алгоритм равенства временных интервалов между нуль-переходами сигнала биений отклика автокоррелятора на ЛЧМ сигнал. Формирование признака приема ЛЧМ сигналов здесь производят после последовательного сравнения каждого текущего интервала между соседними импульсами нуль-переходов отклика автокоррелятора с его предыдущим значением, то есть сравнивают всегда два соседних интервала, а решение о приеме ЛЧМ сигнала принимают при равенстве трех и более (в зависимости от требуемой статистической надежности различения) таких интервалов. Временные интервалы между нуль-переходами сигнала биений по выходу автокоррелятора на ФМ и другие виды сигналов являются не одинаковыми и ложная информация на выходе "ЛЧМ" от их воздействия в устройстве отсутствует.
В качестве пятого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1841016 (заявка №3102645 от 24.09.1984 г.), в котором для различения ЛЧМ сигналов используют алгоритм, рассмотренный при описании четвертого аналога, но формирование признака приема ЛЧМ сигналов здесь производят после последовательного сравнения каждого из текущих интервалов между соседними импульсами нуль-переходов сигнала биений со средним значением интервала в пределах длительности различаемого ЛЧМ сигнала. Это приводит к повышению чувствительности устройства при обеспечении высокой достоверности различения ЛЧМ сигналов.
Общим недостатком рассмотренных аналогов является отсутствие измерения параметров внутриимпульсной модуляции различаемого ЛЧМ сигнала, что снижает эффективность систем РТР и ПСЦУ при решении задач селекции и идентификации сигналов, опознавании типа радиолокационной станции (РЛС) и его носителя, организации радиопротиводействия. Низкая эффективность решения указанных задач объясняется тем, что на современном театре военных действий большинство РЛС вероятного противника используют ЛЧМ сигналы. В этих условиях для успешного решения указанных задач уже недостаточно знания лишь вида модуляции сложного сигнала. Необходимы другие отличительные особенности сигналов друг от друга в пределах каждого вида. Это могут быть, например, параметры внутриимпульсной модуляции сложных сигналов. При различении ЛЧМ сигналов основными параметрами внутриимпульсной модуляции являются девиация частоты, скорость перестройки частоты, направление девиации частоты. Рассмотренные аналоги не позволяют производить оценку параметров внутриимпульсной модуляции сигналов, что является их недостатком.
В качестве шестого аналога рассмотрим устройство по авт. вид. №1841020 (заявка 3167395 от 7.04.1987 г.), которое является усовершенствованием описанного выше пятого аналога с целью повышения его эффективности путем измерения скорости перестройки частоты ЛЧМ сигнала. Устройство позволяет определить один из параметров внутриимпульсной модуляции ЛЧМ сигнала, что повышает эффективность систем РТР и ПСЦУ.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных выше недостатков известных устройств и позволяет произвести оценку направления девиации частоты ЛЧМ сигнала, что повысит эффективность систем РТР и ПСЦУ.
В качестве прототипа выбираем устройство по авт. свид. №1841158 (заявка 1587293 от 14.03.1975 г.), рассмотренное при описании второго аналога, которое близко к предлагаемому устройству по технической сущности и наиболее близко к нему по общим признакам.
Известное устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, линию задержки, квадратурный делитель мощности, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, первый полосовой фильтр, первый пиковый детектор и схему сравнения, выход которой является выходом устройства, а также содержит формирователь импульсов сброса, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом первого перемножителя, второй пиковый детектор, вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, а выход - с вторым входом схемы сравнения, и последовательно включенные второй перемножитель, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходом усилителя-ограничителя и с вторым выходом квадратурного делителя мощности, второй полосовой фильтр и третий пиковый детектор, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, а управляющий вход соединен с управляющими входами первого и второго пиковых детекторов и с выходом формирователя импульсов сброса.
Как было указано выше, недостатком прототипа является невозможность оценки параметров внутриимпульсной модуляции сложных сигналов, что снижает эффективность систем РТР и ПСЦУ при решении задач селекции и идентификации сигналов, опознавании типа РЛС и его носителя, организации радиопротиводействия.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности устройства путем измерения направления девиации частоты ЛЧМ сигнала.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, элемент задержки, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, и схему сравнения, введены два ключа, управляющие входы которых соединены вместе и являются управляющим входом устройства, а сигнальные входы первого и второго ключей соединены, соответственно, с первым и вторым выходами схемы сравнения, два входа которой соединены, соответственно, с выходом элемента задержки и с выходом усилителя-ограничителя, а выходы ключей являются выходами устройства;
при этом схема сравнения содержит два формирователя импульсов, входы которых являются входами схемы сравнения и два счетчика импульсов, причем выходы первого и второго формирователей соединены со счетными входами, соответственно, первого и второго счетчиков импульсов, выходы переноса старшего разряда которых соединены с обнуляющими входами, соответственно, второго и первого счетчиков импульсов и являются выходами схем сравнения.
Таким образом, введение в устройство новых элементов и связей позволило получить новый эффект - повышение эффективности путем изменения направления девиации частоты ЛЧМ сигнала.
Авторам не известны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предложенного технического решения.
На фиг. 2 изображена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит усилитель-ограничитель 1, элементы задержки 2, схему сравнения 3, ключи 4, 5. Схема сравнения 3 содержит формирователи импульсов 6, 7 и счетчики импульсов 8, 9.
Вход усилителя-ограничителя 1 является входом устройства. Выход усилителя-ограничителя 1 соединен с входом схемы сравнения 3, а также через элемент задержки 2 - с другим входом схемы сравнения, выходы которой соединены с сигнальными входами ключей 4, 5, выходы которых являются выходами устройства, а управляющие входы которых соединены вместе и являются управляющим входом устройства. Входами схемы сравнения 3 являются входы формирователей импульсов 6, 7, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков импульсов 8, 9, выходы переноса старших разрядов которых соединены с обнуляющими входами других счетчиков импульсов и являются выходами схемы сравнения.
Для определения знака наклона девации частоты ЛЧМ сигнала производится сравнения частот задержанного и незадержанного ЛЧМ сигналов. При этом используется то обстоятельство, что при положительном знаке девиации частоты (частота сигнала линейно возрастает в пределах длительности импульса) частота задержанного ЛЧМ сигнала будет меньше частоты незадержанного ЛЧМ сигнала в один и тот же момент времени. При отрицательном знаке девиации частота задержанного ЛЧМ сигнала будет выше частоты незадержанного.
Устройство работает следующим образом.
Принятый ЛЧМ сигнал, знак наклона девиации частоты которого необходимо определить, поступает на усилитель-ограничитель 1, который служит для усиления сигнала до уровня, достаточного для работы дальнейших цифровых устройств, и далее на вход схемы сравнения частоты 3, на второй вход которой сигнал поступает с выхода усилителя-ограничителя 1 через элемент задержки 2.
С входов схемы сравнения 3 через формирователи импульсов 6, 7, которые служат для сопряжения сигналов с выхода усилителя-ограничителя 1 и элемента задержки 2 с уровнями используемой цифровой логики, нормированные по амплитуде импульсы с частотой задержанного и незадержанного ЛЧМ сигналов поступают на счетчики импульсов 8 и 9. Если частота задержанного сигнала будет выше частоты незадержанного, то на выходе переноса старшего разряда счетчика импульсов 8 импульс переноса появится раньше, чем на выходе счетчика импульсов 9. При этом импульс переноса по выходу счетчика импульсов 8 обнуляет счетчик импульсов 9 и на его выходе импульсы будут отсутствовать. Таким образом, при превышении частоты задержанного ЛЧМ сигнала над частотой незадержанного (что соответствует приему ЛЧМ сигнала с отрицательным наклоном девиации частоты) на выходе счетчика импульсов 8 будут присутствовать импульсы признака приема ЛЧМ сигнала с отрицательным наклоном девиации частоты. При положительном наклоне девиации частоты, когда частота незадержанного ЛЧМ сигнала выше частоты задержанного, импульсы признака приема ЛЧМ сигнала с положительным наклоном девиации частоты будут присутствовать на втором выходе схемы сравнения частот (выход счетчика импульсов 9). По аналогии с вышеописанным они обнуляют счетчик импульсов 8 до появления на его выходе импульса переноса.
С выходов схемы сравнения 3 импульсы признаков приема ЛЧМ сигнала с отрицательным, либо положительным наклоном девиации частоты поступают через ключи 4 и 5 на выход устройства. Ключи служат для запрещения выдачи ложной информации при обработке других видов сигналов, например при приеме многочастотных сигналов. Для этого на управляющие входы ключей при приеме ЛЧМ сигналов подается строб, например, с выхода устройства для распознавания ЛЧМ сигналов.
Число разрядов используемых счетчиков импульсов определяется требуемой точностью сравнения частот. Для практических случаев при длительности задержки элемента задержки в пределах 0,5÷1 мкс и крутизне нарастания ЛЧМ сигнала более 1 МГц/мкс при использовании быстродействующей эмиттерно-связной транзисторной логики (в макете использовались счетчики импульсов на микросхеме 500ИЕ134 и задержка 0,5 мкс, выполненная на кабеле РК-75-2-11) достаточно четыре разряда счетчиков импульсов для обеспечения достоверности определения знака наклона девиации частоты принимаемого ЛЧМ сигнала с вероятностью выше 0,95.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной аналоговой и цифровой техники.
Использование предлагаемого устройства в станциях РТР и ПСЦУ позволяет улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типа РЛС и его носителя, улучшить организацию эффективного радиопротиводействия.