УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛИЧЕНИЯ ВИДА МОДУЛЯЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
APPARATUS FOR DISTINGUISHING TYPE OF MODULATION OF PULSED RADAR SIGNALS

Предлагаемое устройство различения вида модуляции импульсных радиолокационных сигналов предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки и пассивного целеуказания.
В настоящее время известны устройства различения радиолокационных сигналов.
В качестве аналога рассмотрим авт. свид. № 1840866 по заявке с приоритетом от 21.02.1974, в котором разработано устройство различения импульсных сигналов с ЛЧМ, ФМ и сигналов с немодулированной несущей (простые сигналы). В первом и втором аналогах для различения вида модуляции сигналов используется информация о ширине спектра сигнала на основной и удвоенной частотах (спектральный метод). Этот метод характеризуется низкой чувствительностью, так как для получения оценки о ширине спектра сигнала необходимы большие соотношения сигнал/шум.
Другие аналоги разработаны на базе автокорреляционного метода, в котором для различения используются отличия откликов автокоррелятора при воздействии ЛЧМ, ФМ и простых сигналов. Автокорреляционный метод по сравнению со спектральным методом имеет более высокую чувствительность при обработке ЛЧМ сигналов, так как автокоррелятор осуществляет сжатие спектра ЛЧМ сигнала, который концентрируется в узкой полосе частот. При различении ФМ и простых сигналов чувствительность автокорреляционного и спектрального методов практически одинакова. Таким образом, устройства различения импульсных ЛЧМ, ФМ и простых сигналов, реализованные на основе автокорреляционного и спектрального методов, имеют чувствительность, которая значительно ниже оптимальной. Последнее обусловлено тем, что в известных устройствах не осуществляется временное сжатие сложных сигналов.
Рассмотрим схему устройства (Отчет по НИР "Парсек", часть 3, Исследование антенных и приемных устройств адаптивных пассивных РЛС обнаружения и целеуказания, НИИ "Квант" 1975 г. Глава 6, рис.53), в котором решена задача квазиоптимального различения ЛЧМ и простых сигналов. В этой схеме различение ЛЧМ сигналов производится при низких соотношениях сигнал/шум. Повышение чувствительности достигнуто за счет временного сжатия ЛЧМ сигналов на конвольвере (свертывателе). С точки зрения чувствительности это устройство выгодно отличается от устройств, описанных в первом - пятом аналогах.
Из рассмотренных известных устройств различения сигналов наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство, описанное в отчете по НИР "Парсек", часть 3, НИИ "Квант", 1975 г., глава 6, рис.53.
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Известное устройство содержит конвольвер, преобразователь частоты, фильтр, детектор огибающей, пороговую схему, селектор длительности. Конвольвер является прибором, который выполняет операцию свертки входных сигналов
и
.
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>3</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>≅</mo><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><mo>−</mo><mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mrow><mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow></munderover><mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>τ</mi><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mo>−</mo><mi>τ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi>d</mi><mi>τ</mi></mrow></mrow></mstyle></mrow>
,
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где T - длительность сигналов
и
.
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Для работы конвольвера в режиме согласованного фильтра необходимо, чтобы входные сигналы
и
были взаимно обращены во времени. Б известном устройстве обрабатываемый сигнал непосредственно и через преобразователь частоты подается на входы конвольвера. При этом преобразование частоты осуществляется так, что ЛЧМ сигналы на входах конвольвера имеют противоположные знаки скорости перестройки частоты, т.е. входные сигналы являются взаимнообращенными во времени. На выходе конвольвера включен фильтр, настроенный на суммарную частоту входных сигналов. Он выделяет сжатый во времени ЛЧМ сигнал. Этот сигнал детектируется и обнаруживается пороговой схемой. На выходе пороговой схемы имеется стандартный по амплитуде видеоимпульс, длительность которого равна длительности сжатого сигнала. Простые сигналы имеют коэффициент сжатия, равный единице, т.е. эти сигналы не сжимаются. Для селекции ЛЧМ и простых сигналов на выходе пороговой схемы включен селектор длительности, который разделяет сигналы по длительности, т.е. по виду модуляции.
Известное устройство позволяет квазиоптимальным способом различать ЛЧМ и простые сигналы.
Поэтому недостатком известного устройства является отсутствие квазиоптимального различения сигналов с ФМ.
Анализ радиолокационного поля 70-80 гг. показывает, что наряду с ЛЧМ и простыми импульсными сигналами, широкое применение находят сигналы с бинарной фазовой манипуляцией 0, π (ФМ).
Целью настоящего изобретения является квазиоптимальное различение сигналов с бинарной фазовой манипуляцией 0, π.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый преобразователь частоты и первый конвольвер, вход которого подключен к выходу первого преобразователя частоты, цепь последовательно включенных фильтра, детектора огибающей, пороговой схемы, селектора, длительности, причем выход конвольвера соединен со входом фильтра, введены первый сумматор и первая линия задержки, вход и выход которой подключены ко входам первого сумматора, а выход первого сумматора соединен со входом первого преобразователя частоты, генератор коротких импульсов, второй конвольвер, второй сумматор, логическая схема и цепь, состоящая из последовательно включенных усилителя-ограничителя, второго преобразователя частоты и второй линии задержки, которая включена между выходом второго конвольвера и вторым входом второго сумматора; выход второго сумматора соединен с первым входом второго конвольвера, первый вход второго конвольвера и первый вход второго сумматора соединены вместе и подключены ко входу первой линии задержки, а выход генератора коротких импульсов соединен со вторым входом второго конвольвера; первый и второй выходы селектора длительности подключены ко входам логической схемы.
Таким образом, введение в известное устройство дополнительных узлов и связей дало возможность получить новый эффект квазиоптимальное различие ФМ сигналов, т.е. в предлагаемом устройстве решена задача квазиоптимального различения трех видов сигналов.
На чертежах фиг.1 и фиг.2 представлены соответственно блок-схема предлагаемого устройства и диаграмма сигналов на выходе селектора длительности.
Предлагаемое устройство (фиг.1) состоит из генератора коротких импульсов 1, конвольвера 2, усилителя-ограничителя 3, преобразователя частоты 4, линии задержки 5, сумматора 6, линии задержки 7, сумматора 8, преобразователя частоты 9, конвольвера 10, фильтра 11, детектора 12, пороговой схемы 13, селектора длительности 14, логической схемы 15.
Вход предлагаемого устройства подключен к первому входу конвольвера 2, входам сумматоров 6, 8 и входу линии задержки 7. Выход генератора коротких импульсов 1 соединен со вторым входом конвольвера 2, выход которого через цепь последовательно соединенных усилителя-ограничителя 3, преобразователя частоты 4, линии задержки 5 подключен к другому входу сумматора 6. Выход линии задержки 7 соединен с другим входом сумматора 8, причем выход последнего через преобразователь частоты 9 подключен ко второму входу конвольвера 10, а выход сумматора 6 - к первому входу конвольвера 10. Выход конвольвера 10 через цепь последовательно включенных фильтра 11, детектора огибающей 12, пороговой схемы 13 соединен со входом селектора длительности 14. Первый и второй выходы селектора длительности 14 подключены ко входам логической схемы 15, три выхода которой (вых.1 - простой, вых.2 - ЛЧМ, вых.3 - ФМ) являются выходами устройства.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства.
Конвольвер 10 используется в режиме согласованного фильтра, а конвольвер 2 применяется для обращения сигналов во времени.
В предлагаемом устройстве осуществляется двухэтапное сжатие сигналов. На первом этапе входной сигнал через сумматор 6 поступает на первый вход конвольвера 10 и через сумматор 8 и преобразователь частоты 9 - на его второй вход. При этом когда поступавший сигнал имеет ЛЧМ, то на входах конвольвера 10 имеем два взаимнообращенных во времени сигнала. На выходе фильтра 11 получается сжатый радиосигнал, который детектируется и подается на пороговую схему 13. На выходе последней формируется импульс стандартной амплитуды и длительности, равной длительности огибающей сжатого сигнала. Селектор длительности 14 пропускает этот сигнал на свой выход 1. При обработке простых и ФМ сигналов их сжатие на конвольвере 10 не осуществляется. Для простых сигналов на выходе 2 селектора длительности 14 формируется импульс, а для ФМ сигналов на выходах 1, 2 селектора длительности 14 импульс отсутствует. Входной сигнал поступает также на первый вход конвольвера 2. При подаче на второй вход конвольвера 2 напряжения от генератора коротких импульсов 1 на выходе конвольвера 2 получается обращенный во времени радиосигнал, который усиливается и ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе 3. Частота обращенного сигнала не равна частоте входного сигнала. Поэтому в преобразователе частоты 4 обращенный сигнал переносится на частоту входного сигнала. На этом заканчивается первый этап обработки сигнала.
На втором этапе обработки задержанный в линии задержки 7 входной сигнал через сумматор 8, преобразователь частоты 9 поступает на вход 2 конвольвера 10, а обращенный сигнал с выхода преобразователя частоты 4 через линию задержки 2, сумматор 6 подается на вход 1 конвольвера 10. При этом для ЛЧМ и ФМ сигналов на выходе фильтра 11 имеем сжатый во времени сигнал, который формируется на выходе 1 селектора длительности 14, а для простых сигналов импульс формируется на выходе 2 селектора длительности 14.
Диаграмма импульсов на выходе селектора длительности 14 приведена на фиг.2. Для ЛЧМ сигналов имеется два коротких импульса, для ФМ сигналов - один короткий импульс, для простых сигналов - два широких импульса.
Таким образом, информация о виде модуляции сигнала заключена в длительностях и количестве импульсов, которые полезно используются для селекции сигналов в логической схеме.
При приеме простых сигналов логическая схема формирует импульс на выходе 1, при обработке ЛЧМ сигналов - на выходе 2, а в случае ФМ сигналов - на выходе 3.
В предлагаемом устройстве диодные конвольверы 2, 10 идентичны и выполнены на звукопроводе из ниобата лития. Конвольвер имеет два акустически развязанных канала. В каждом канале осуществляется преобразование радиосигналов в поверхностные акустические волны (ПАВ), которые распространяются в противоположных направлениях. Взаимодействие ПАВ происходит на диодах, которые включены последовательно. Частоты настройки преобразователей первого и второго каналов, соответственно, равны 30 мГц и 47 мГц, а их полосы пропускания - 5 мГц. Общая протяженность диодносвязанной системы составляет 34 мм, что соответствует времени интегрирования 10 мсек.
Генератор коротких импульсов выполнен на кварцевом гетеродине, частота которого равна 77 мГц, а длительность импульсов 0,1 мксек.
Усилитель-ограничитель представляет последовательно включенные дифференциальные каскады.
Преобразователи частоты 4, 9 состоят из кольцевых балансных смесителей и гетеродинов.
В качестве линий задержи 5, 7 используются линии задержки на ПАВ.
Остальные узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам.
Предлагаемое устройство производит различение импульсных ЛЧМ, ФМ и простых сигналов квазиоптимальным способом и позволяет за счет временного сжатия сложных сигналов повысить чувствительность устройств различения вида модуляции сигналов.