УСТРОЙСТВО РАСПОЗНАВАНИЯ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
DEVICE FOR IDENTIFYING CHIRP SIGNALS

Предлагаемое устройство для различения вида ЧМ импульсных сигналов относится к приемникам импульсной информации и предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки и пассивных системах целеуказания.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840866, заявка 1575095 от 21.02.1974 г. Принцип действия данного устройства основан на сравнении ширины спектра сигнала на основной и удвоенной частотах. Для различения сигналов с линейной частотной модуляцией /ЛЧМ/ используется тот факт, что ширина спектра ЛЧМ сигнала на удвоенной частоте в 2 раза больше его ширины спектра на основной частоте. Устройство содержит измерители ширины спектра сигнала на основной и удвоенной частотах, а также блок сравнения результатов измерения и пороговый обнаружитель. Положительным качеством работы устройства является широкий диапазон изменения параметров модуляции анализируемых сигналов.
Высокая достоверность различения сигналов в данном устройстве достигается при больших входных отношениях сигнал/помеха. Требование больших отношений сигнал/помеха обуславливает низкую чувствительность устройства.
В качестве второго аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840972, заявка №1597022 от 26.12.1975 г. Принцип действия устройства основан на различии форм откликов автокоррелятора на различные виды внутриимпульсной модуляции сигналов. Для различения ЛЧМ сигналов используется информация о биполярности напряжения сигнала биений на выходе фильтра нижних частот. Чувствительность этого устройства на 4-6 дБ выше чувствительности устройства, рассмотренного в первом аналоге. Но недостатков устройства является узкий рабочий диапазон изменения параметров модуляции анализируемых ЛЧМ сигналов.
В качестве третьего аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840896, заявка 2206387 от 5.07.1976 г., в котором для расширения диапазона изменения параметров модуляции ЛЧМ сигналов используются отдельные каналы обработки ЛЧМ и фазоманипулированных /ФМ/ сигналов. Каждый канал содержит автокорреляторы, в состав которых входят линии задержки, перемножители и фильтры, причем задержка сигнала в автокорреляторе канала ЛЧМ сигнала выбирается намного больше аналогичной задержки в канале ФМ сигнала. Такой способ реализации устройства приводит к тому, что при обработке ФМ сигнала отклик автокоррелятора ЛЧМ канала биполярный и на его выходе формируется ложный признак приема ЛЧМ сигнала. Для исключения ложной информации в устройстве при обработке ФМ сигнала производится бланкирование схемы формирования признака ЛЧМ сигнала. Бланкирование осуществляется импульсом признака ФМ сигнала.
В данном устройстве алгоритм различения ЛЧМ сигналов аналогичен алгоритму устройства, рассмотренному во втором аналоге. Однако чувствительность канала обработки ЛЧМ сигнала на 5-7 дБ выше чувствительности канала обработки ФМ сигналов, что при работе устройства в динамическом диапазоне входных сигналов приводит к тому, что ФМ сигналы, уровень которых на 5-7 дБ ниже чувствительности канала обработки ФМ сигнала воспринимаются из-за отсутствия импульса бланкирования, как ЛЧМ сигналы. Таким образом, в динамическом диапазоне, равном интервалу между уровнями чувствительности ЛЧМ и ФМ каналов, устройство имеет низкую достоверность различения сигналов по выходу "ЛЧМ".
Современные и проектируемые радиолокационные комплексы вероятного противника является многофункциональными. Они располагают набором различных типов зондирующих сигналов. Выбор конкретного вида сигнала определяется решаемой радиолокационным комплексом задачей и помеховой обстановкой. Среди сигналов с частотной модуляцией /ЧМ/ находят практическое применение ЛЧМ сигналы типа "пила". Последние позволяют получить большие коэффициенты сжатия /300-500/, высокую разрешающую способность, низкий уровень боковых лепестков, обеспечивают высокую помехозащищенность РЛС.
Реализация фильтров сжатия и формирование ЛЧМ сигналов типа "пила" основана на технологии устройств на поверхностных акустических волнах. Фильтры на ПАВ являются относительно дешевыми и имеют высокую надежность.
При обработке ЛЧМ сигнала типа "пила" известными различителями сигналов последние формируют признак приема простого /однонаправленного/ ЛЧМ сигнала, что является их недостатком.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение выше указанного недостатка известного устройства.
Известное устройство содержит последовательно включенные автокоррелятор 1, первый пороговый элемент 3, ключ 4, преобразователь интервал-код 5, первый регистр 6, блок деления 7, второй пороговый элемент 8, второй регистр 9, блок совпадения 10, а также содержит канал управления 2, состоящий из последовательно включенных детектора огибающей, компаратора и ждущего мультивибратора, выход которого является первым выходом блока управления и соединен со входами сброса информации преобразователя интервал-код, первого и второго регистров. Выход компаратора является вторым выходом блока управления и соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен также с управляющими входами регистров и блока деления. Второй вход блока деления соединен с выходом преобразователя интервал-код. Входы автокоррелятора и блока управления соединены вместе и являются входом устройства, а выход блока совпадения является выходом устройства.
Отметим, что название элементов схемы и их нумерация соответствуют фиг. 1.
В дальнейшем с целью удобства описания заявки приводятся  последовательно включенные преобразователь интервал-код 5, первый регистр 6, блок деления 7, второй пороговый элемент 8, второй регистр 9 и блок совпадения 10 назовем блоком формирования признака ЛЧМ, при этом соединенные вместе управляющие входы регистров, блока деления и преобразователя интервал-код будут являться сигнальным входом блока формирования признака ЛЧМ, выход блока совпадения - выходом блока формирования признака ЛЧМ, а вход его сброса информации - соединенные вместе входы сброса преобразователя интервал-код и регистров.
Как было указано выше, недостатком прототипа является невозможность различения сигналов типа ЛЧМ-пила.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей различителя ЛЧМ-сигналов, выраженное в различении сигналов типа ЛЧМ-пила.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно включенные автокоррелятор, первый пороговый элемент, ключ и блок формирования признака ЛЧМ, а также блок управления, содержащего детектор огибающей, компаратор и ждущий мультивибратор, причем входы автокоррелятора и блока управления соединены вместе и являются входом устройства, а выход компаратора блока управления подключен к управляющему входу, ключа, введены последовательно соединенные триггер, ждущий мультивибратор, первый элемент совпадения, второй ждущий мультивибратор, первый счетчик импульсов, первый логический пороговый элемент, второй элемент совпадения, при этом вход триггера подключен к выходу порогового элемента известной схемы, а выход инверсный триггера через дифференцирующую цепь соединен со вторым входом первого элемента совпадения, выход блока формирования признака ЛЧМ соединен со входом третьего элемента совпадения, а также через второй счетчик импульсов и второй логический пороговый элемент со вторым входом второго элемента совпадения, выход которого является выходом признака ЛЧМ типа "пила" устройства и подключен через инвертор ко второму входу третьего элемента совпадения, выход же третьего элемента совпадения является выходов признака "ЛЧМ" устройства, а к его третьему входу подключен выход ждущего мультивибратора блока управления и вход третьего ждущего мультивибратора, выход которого соединен со входами сброса информации первого и второго счетчика импульсов и с первым входом элемента "ИЛИ", второй вход которого подключен к выходу второго ждущего мультивибратора, а выход элемента "ИЛИ" соединен со входом сброса блока формирования признака "ЛЧМ".
Таким образом, введение в устройство новых элементов и связей позволило получить новый эффект - различение ЛЧМ сигналов типа "пила". Новые элементы /триггер, первый, второй и третий ждущие мультивибраторы и элементы совпадения; инвертор, счетчики импульсов и логические пороговые элементы; дифференцирующая цепь, элемент "ИЛИ"/ и связи реализуют алгоритм различения ЛЧМ сигналов типа "пила".
На фиг. 1 эпюра II изображены отклики на выходе автокоррелятора при воздействии на его вход ЛЧМ сигнала и ЛЧМ сигнала типа "пила".
Как видно из фиг. 1, эпюра III временные интервалы между нуль-переходами для простого ЛЧМ сигнала одинаковы.
з
з
Отклик автокоррелятора на ЛЧМ сигнал типа "пила" представляет сигнал биений, частота которого не является постоянной. В моменты времени τ≤t≤T /интервал 1/ частота сигнала биений постоянна и равна частоте биений простого ЛЧМ сигнала /при условии одинаковых скоростей перестройки частоты сигналов/. В момент времени T≤t≤T+τ /интервал 2/ частота сигнала биений дискретно изменяется и приблизительно равна величине девиации частоты ЛЧМ сигнала. Частота сигнала биений на интервале 1 в 5÷10 раз меньше частоты биений на интервала 2.
Эти особенности откликов автокоррелятора используются при реализации алгоритма различения ЛЧМ сигналов типа "пила" в предлагаемом устройстве.
На фиг. 2 изображена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из автокоррелятора 2, блока управления 3, блока формирования признака "ЛЧМ" 12, ключа 8, пороговых элементов 6, 16, 15, триггера 1, ждущих мультивибраторов 4, 9, 11, элементов совпадения 7, 19, 17, дифференцирующей цепи 5, инвертора 18, счетчиков импульсов 14, 13 элемента "ИЛИ" 10.
Входы автокоррелятора 2 и блока управления 3 соединены вместе и являются входом устройства. Выход автокоррелятора 2 через последовательно включенный пороговый элемент 6, ключ 9, блок формирования признака ЛЧМ 12 соединен с элементом совпадения 19, выход которого является выходом признака "ЛЧМ" устройства. Выход ключа 9 подключен ко входу триггера 1, выход которого через ждущий мультивибратор 4 соединен со входом элемента совпадения 7, а через дифференцирующую цепь 5 инверсный выход триггера 1 подключен к другому входу элемента совпадения 7. Выход элемента совпадения 7 через ждущий мультивибратор 9, счетчик импульсов 13 и логический пороговый элемент 15 соединен со входом элемента совпадения 17, с другим входом которого соединен выход блока формирования признака "ЛЧМ" 12 через счетчик импульсов 14 и логический пороговый элемент 16. Выход элемента совпадения 17 через инвертор 18 соединен со вторым входом элемента совпадения 19 и является выходом признака "ЛЧМ" пила" устройства. Блок управления 3 представляет собой последовательно соединенные детектор огибающей, компаратор и ждущий мультивибратор. Выход компаратора, который является первым выходом блока управления 3, соединен с управляющим входом ключа 8, а выход ждущего мультивибратора, который является вторым выходом блока управления 3, соединен с третьим входом элемента совпадения 19. Кроме этого второй выход блока управления через ждущий мультивибратор 11 соединен со входами сброса счетчиков импульсов 13, 14 и со входом элемента "ИЛИ" 10. Выход элемента "ИЛИ" 10 соединен со входом сброса блока формирования признака ЛЧМ 12, а второй вход элемента "ИЛИ" 10 соединен с выходом ждущего мультивибратора 9.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Для наглядности воспользуемся эпюрами напряжений в различных точках блок-схемы предложенного устройства, представленными на фиг. 1.
На вход устройства поступает сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) либо сигнал типа ЛЧМ "пила" (Фиг. 1). Зависимость частоты от времени сигналов представлена на эпюре I фиг. 1. Откликом автокоррелятора на эти сигналы являются сигналы биений на выходе перемножителя автокоррелятора и представляют собой либо гармоническое колебание, либо колебание с дискретно изменяющейся частотой, как указано на фиг. 1 эпюра II.
С выхода автокоррелятора эти колебания поступают на вход порогового элемента 6, который в моменты времени равные переходу сигнала биений через нуль, формирует короткие импульсы нуль-переходов (эпюра III, фиг. 1).
В блоке управления 3 входные радиоимпульсы детектируются детектором огибающей, компаратор формирует стандартный импульс строба, временное положение которого совпадает с огибающей входного радиосигнала. Импульс строба открывает ключ 8 и последовательность импульсов нуль-переходов с выхода порогового элемента 6 через ключ 8 поступает на вход блока формирования признака "ЛЧМ" 12 и вход триггера 1. При поступлении на вход блока формирования признака "ЛЧМ" трех и более импульсов нуль-переходов с одинаковыми интервалами между ними блок формирует импульс признака "ЛЧМ", который поступает на счетчик импульсов 14 и элемент совпадения 19. Однако на выход устройства признак "ЛЧМ" не выдается. Элемент совпадения открывается ждущим мультивибратором блока управления только по окончанию действия входного радиоимпульса, т.к. ждущий мультивибратор блока управления запускается задним фронтом строба с выхода компаратора блока управления.
С выхода ключа 8 импульсы нуль-переходов поступают также на вход триггера 1, который частоту импульсов нуль-переходов делит на два (эпюра IV, фиг. 1). Передний фронт импульса триггера 1 запускает ждущий мультивибратор 4, формирующий импульсы, длительность которых примерно в 2 раза меньше минимальной длительности между нуль-переходами при воздействии ЛЧМ сигнала, но в 2-3 раза больше длительности между нуль-переходами при воздействии сигнала с ЛЧМ "пила" в области максимальной частоты биений по выходу автокоррелятора (эпюра V, фиг. 1). Эти импульсы поступают на вход элемента совпадения 7, на другой вход которого через дифференцирующую цепь 5 поступают импульсы с инверсного выхода триггера 1 (эпюра VI, фиг. 1). В моменты совпадения по времени положительных импульсов с выходов ждущего мультивибратора 4 и дифцепи 5 на выходе элемента совпадения 7 формируются короткие импульсы, причем при вышеуказанном условии импульсы формируются лишь в моменты, соответствующие по времени области максимальной частоты биений на выходе автокоррелятора при воздействии на входе устройства сигнала ЛЧМ-пила (эпюра VII, фиг. 1). Первый из пачки этих импульсов запускает ждущий мультивибратор 9, длительность импульсов которого выбирается равной времени задержки в цепи автокоррелятора, что исключает повторные срабатывания (эпюра VIII, фиг. 1) от импульсов пачки.
С выхода ждущего мультивибратора 9 импульс поступает на счетчик 13 и через элемент "ИЛИ" на вход сброса блока формирования признака "ЛЧМ" 12. По окончанию действия импульса с выхода ждущего мультивибратора 9 блок формирования признака "ЛЧМ" 12 (при поступлении на его вход трех и более импульсов нуль-переходов с одинаковыми интервалами следования) вновь формирует импульс признака "ЛЧМ" и т.д.
Счетчик импульсов 14 считает число признаков "ЛЧМ", а счетчик импульсов 13 - число признаков "пила". Выходы счетчиков импульсов подключены к логическим пороговым элементам 15, 16, причем пороги логических пороговых элементов выбираются исходя из требуемой достоверности различения сигналов типа ЛЧМ-пила.
Выходы логических пороговых элементов 15, 16 подключены ко входам элемента совпадения 17, который при наличии сигналов на обоих выходах формирует признак приема сигнала ЛЧМ-пила.
Этот сигнал инвертируется инвертором 18, выход которого подключен ко входу элемента совпадения 19, и дает запрет на выдачу устройством признака приема "ЛЧМ".
После окончания воздействия входного сигнала задним фронтом строба с выхода компаратора блока управления 3 запускается ждущий мультивибратор блока управления 3. С его выхода импульсы поступают на вход элемента совпадения 19 для разрешения выдачи признака приема "ЛЧМ" и на вход ждущего мультивибратора 11, который формирует импульс сброса по заднему фронту входного импульса. Импульс сброса с выхода ждущего мультивибратора 11 поступает на входы сброса счетчиков импульсов 13, 14, а через элемент "ИЛИ" 10 - на вход сброса блока формирования признака "ЛЧМ" 12 и обнуляет их.
Выше рассмотрена работа устройства при обработке сигнала типа ЛЧМ-пила.
При поступлении на вход устройства простого ЛЧМ сигнала блок формирования признака "ЛЧМ" 12 формирует признак приема ЛЧМ на входе элемента совпадения 19. Ждущий мультивибратор 9 не вырабатывает импульс сброса, на выходе элемента совпадения 17 отсутствует признак приема сигнала ЛЧМ-пила. С выхода инвертора 18 на элемент совпадения 19 выдается разрешение на выдачу признака приема "ЛЧМ" и после прихода импульсов со второго выхода блока управления 3 на выходе элемента совпадения 19 формируется импульс признака приема сигнала "ЛЧМ". Его длительность равна длительности импульса ждущего мультивибратора блока управления 3. По окончании этого импульса ждущий мультивибратор 11 обнуляет вое элементы устройства.
При обработке ФМ и других видов сигналов временное расстояние между нуль-переходами не одинаковое и последовательность трех и более одинаковых интервалов между ними (выбирается в зависимости от заданной статистической надежности различения) будет отсутствовать. Устройство не формирует признак приема ЛЧМ сигнала, и, следовательно, признак приема сигнала ЛЧМ-пила.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники.
Использование предлагаемого устройства в станциях радиотехнической разведки и пассивных системах целеуказания позволяет улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типа РЛС и его носителя.