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

Изобретение относится к приемникам импульсной информации и предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки (РТР) и пассивных системах целеуказания (ПСЦУ) в качестве аппаратуры определения вида внутриимпульсной модуляции сигналов.
Предлагаемое устройство для распознавания линейно-частотно-модулированных сигналов является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт. свид. №1841012 (заявка №3062966/09 от 4.04.83 г.).
В основном изобретении по авт. свид. №1841012, кл. H04B 1/10, описано устройство для распознавания ЛЧМ-сигналов, которое содержит последовательно соединенные автокоррелятор, первый пороговый элемент, ключ, преобразователь "интервал-код", первый регистр, блок деления, второй пороговый элемент, второй регистр, первый и четвертый элементы И и последовательно соединенные детектор огибающей, компаратор, первый и четвертый одновибратор и элемент ИЛИ и последовательно соединенные триггер, второй одновибратор, элемент И, третий одновибратор, первый счетчик импульсов, третий пороговый элемент, третий элемент И и элемент НЕ, а также дифференцирующий элемент, второй счетчик импульсов и четвертый пороговый элемент, при этом выход преобразователя "интервал-код" соединен со вторым входом блока деления, а выход компаратора соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с управляющими входами блока деления, регистров и с входом триггера, второй выход которого через дифференцирующий элемент соединен со вторым входом второго элемента И, а выход третьего одновибратора соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с обнуляющими входами преобразователя "интервал-код" и регистров, а выход первого элемента И через второй счетчик импульсов и четвертый пороговый элемент подключен ко второму входу третьего элемента И, а вход элемента НЕ соединен с вторым входом четвертого элемента И, третий вход которого соединен с входом четвертого одновибратора, выход которого соединен с обнуляющими входами первого и второго счетчиков импульсов, причем входы автокоррелятора и детектора огибающей соединены вместе и являются входом устройства, а выходы третьего и четвертого элементов И являются, соответственно, выходами сигнала распознавания пилообразного линейно-частотно-модулированного сигнала и сигнала распознавания линейно-частотно-модулированного сигнала устройства распознавания.
Для различения вида внутриимпульсной модуляции сигналов здесь используют различия во временных интервалах между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора. Для однонаправленного ЛЧМ сигнала временные интервалы между импульсами нуль-переходов одинаковы, а для пилообразного ЛЧМ сигнала среди импульсов нуль-переходов имеются области, в которых временные интервалы существенно меньше, чем для ЛЧМ сигнала, причем длительность такой области равна времени задержки в цепи автокоррелятора. Используя эти различия, удается уверенно различать однонаправленные линейно-частотно-модулированные сигналы и сигналы с линейной частотной модуляцией по пилообразному закону.
Современные и проектируемые РЛС вероятного противника располагают набором типов зондирующих сигналов, среди которых находят широкое практическое применение сигналы с двунаправленной линейной частотной модуляцией (сигналы с V-образной линейной частотной модуляцией), которые обладают хорошими взаимокорреляционными свойствами (низкий уровень боковых лепестков и высокая разрешающая способность измерения дальности и скорости). При этом для получения требуемого объема тела неопределенности в заданной области применяют двунаправленные симметричные и несимметричные ЛЧМ сигналы.
При обработке двунаправленных ЛЧМ сигналов известный различитель формирует признак приема однонаправленного ЛЧМ сигнала, так как временные интервалы между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора при воздействии на его вход двунаправленного ЛЧМ сигнала будут одинаковыми в начале и в конце отклика автокоррелятора, а известный различитель формирует признак приема однонаправленного ЛЧМ сигнала по анализу трех-четырех последних интервалов между импульсами нуль-переходов.
Ошибки в определении вида внутриимпульсной модуляции сигнала резко снижают эффективность распознавания, так как ухудшают качество решения задач селекции и идентификации сигналов, уменьшают вероятность опознавания типа РЛС и его носителя, усложняют задачу организации эффективного радиопротиводействия. Поэтому невозможность распознавания сигналов с двунаправленной линейной частотной модуляцией является существенным недостатком известного устройства для распознавания ЛЧМ сигналов по авт. свид. №1841012.
Целью данного изобретения является повышение эффективности распознавания вида внутриимпульсной модуляции путем распознавания сигналов с симметричной и несимметричной двунаправленной линейной частотной модуляцией.
Это позволит повысить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, вероятность опознавания типа РЛС вероятного противника и его носителя при решении задач РТР и ПСЦУ, эффективность организации радиопротиводействия.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для распознавания линейно-частотно-модулированных сигналов по авт. свид. №1841012 введены последовательно соединенные пятый пороговый элемент, пятый элемент И, пятый одновибратор, третий счетчик импульсов, шестой пороговый элемент, шестой элемент И и второй элемент НЕ и последовательно соединенные четвертый счетчик импульсов, седьмой пороговый элемент, третий элемент НЕ и седьмой элемент И, а также седьмой пороговый элемент и восьмой элемент И, при этом выход второго элемента НЕ соединен с четвертым входом четвертого элемента И, вход пятого порогового элемента подключен к выходу преобразователя "интервал-код", а второй вход пятого элемента И соединен с выходом ключа и с входом четвертого счетчика импульсов, обнуляющий вход которого подключен к выходу компаратора, а управляющий вход - к третьему входу элемента ИЛИ и к входу третьего счетчика импульсов, обнуляющий вход которого соединен с обнуляющим входом второго счетчика импульсов, выход которого через восьмой пороговый элемент соединен с вторым входом шестого элемента И, выход которого соединен с вторым входом седьмого элемента И и с входом восьмого элемента И, второй вход которого соединен с выходом седьмого порогового элемента, а третий вход - с третьим входом седьмого элемента И и с выходом первого одновибратора, а выходы седьмого и восьмого элементов И являются выходами устройства признаков распознавания сигналов с несимметричной и, соответственно, с симметричной двунаправленной линейной частотной модуляцией.
Таким образом, введение в устройство новых элементов и связей позволило получить новый эффект - распознавание сигналов с симметричной и несимметричной двунаправленной линейной частотной модуляцией. Новые элементы (четыре пороговых элемента, четыре элемента И, два счетчика импульсов, два элемента НЕ, одновибратор) и связи реализуют алгоритм различения сигналов с симметричной и несимметричной ЛЧМ.
Авторам не известны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предложенного технического решения.
На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит триггер (1), автокоррелятор (2), детектор огибающей (3), одновибратор (4), дифференцирующий элемент (5), пороговый элемент (6), компаратор (7), элемент И (8) ключ (9), одновибратор (10), пороговый элемент (11), преобразователь "интервал-код" (12), элемент И (13), одновибратор (14), регистр (15), элемент ИЛИ (16), блок деления (17), счетчики импульсов (18…21), пороговые элементы (22…27), регистр (28), одновибратор (29), элемент НЕ (30), элементы И (31…35), элементы НЕ (36, 37), элемент И (38).
Входы автокоррелятора 2 и детектора огибающей 3 соединены вместе и являются входом устройства распознавания. Выход автокоррелятора через последовательно соединенные первый пороговый элемент 6, ключ 9, преобразователь "интервал-код" 12, первый регистр 15, блок деления 17, второй пороговый элемент 22, второй регистр 28 и первый элемент И 33 соединен с входом элемента И 38, выход которого является информативным выходом устройства "ВЫХ. 4" признака распознавания однонаправленного ЛЧМ сигнала. Выход детектора огибающей 3 через последовательно соединенные компаратор 7, первый одновибратор 10 и четвертый одновибратор 29 подключен к первому входу элемента ИЛИ 16, выход которого соединен с обнуляющими входами преобразователя "интервал-код" 12 и регистров 15, 28. Выход ключа 9 соединен также с управляющими входами блока деления 17 и регистров 15, 28 и с сигнальными входами триггера 1 и счетчика импульсов 18, обнуляющий вход которого соединен с выходом компаратора 7 и с управляющим входом ключа 9. Между первым выходом триггера 1 и первым входом второго элемента И 8 включен второй одновибратор 4, а между вторым выходом триггера и вторым входом элемента И 8 включен дифференцирующий элемент 5. Выход второго элемента И 8 через последовательно соединенные третий одновибратор 14, первый счетчик импульсов 20, третий пороговый элемент 26, третий элемент И 32 и первый элемент НЕ 37 соединен с вторым входом четвертого элемента И 38. Выход третьего одновибратора 14 соединен также со вторым входом элемента ИЛИ 16, а выход третьего элемента И 32 является информативным выходом устройства "ВЫХ. 3" признака распознавания пилообразного ЛЧМ сигнала. Выход первого элемента И 33 через второй счетчик импульсов 21 и четвертый пороговый элемент 27 соединен с вторым входом третьего элемента И 32.
Выход преобразователя "интервал-код" 12 соединен также со вторым входом блока деления 17 и через последовательно соединенные пятый пороговый элемент 11, пятый элемент И 13, третий счетчик импульсов 19, шестой пороговый элемент 24, шестой элемент И 31 и второй элемент НЕ 36 соединен с третьим входом четвертого элемента И 38. Обнуляющие входы первого, второго и третьего счетчиков импульсов 19, 20, 21 соединены вместе и подключены к выходу четвертого одновибратора, а выход второго счетчика импульсов 21 через восьмой пороговый элемент 25 подключен также к второму входу шестого элемента И 31.
Второй вход пятого элемента И 13 подключен также к сигнальному входу четвертого счетчика импульсов 18, управляющий вход которого соединен с выходом пятого элемента И 13 и с третьим входом элемента ИЛИ 16. Выход четвертого счетчика импульсов 18 через седьмой пороговый элемент 23 и третий элемент НЕ 30 соединен с входом седьмого элемента И 34, выход которого является информативным выходом устройства "ВЫХ. 1" признака распознавания сигнала с несимметричной двунаправленной ЛЧМ. Выход седьмого порогового элемента 23 соединен также со входом восьмого элемента И 35, выход которого является информативным выходом устройства "ВЫХ. 2" признака распознавания сигнала с симметричной двунаправленной ЛЧМ.
Вторые входы седьмого и восьмого элементов И 34, 35 соединены с выходом шестого элемента И 31, а их третьи входы соединены с четвертым входом четвертого элемента И 38 и выходом первого одновибратора 10.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Для наглядности воспользуемся эпюрами напряжений в различных точках блок-схемы, представленными на фиг. 2.
При поступлении на вход устройства распознавания однонаправленного или пилообразного ЛЧМ сигнала его работа не отличается от рассмотренной в описании к авт. свид. №1841012 (заявка №3062966/09 от 4.04.1983 г.), поэтому рассмотрим работу устройства при обработке двунаправленных ЛЧМ сигналов.
На фиг. 2, а представлена зависимость амплитуды входного двунаправленного ЛЧМ сигнала от времени, а на рис. 2, б - зависимость частоты сигнала от времени на входах перемножения автокоррелятора.
и
з
1
Сигнал биений на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ) автокоррелятора 2 в интервале времени (-τ/2+τ)…0 (фиг. 2, б) представляет собой гармоническое колебание с постоянной частотой ωδ. При этом временные интервалы между соседними импульсами одинаковы и на выходе блока совпадения 33 формируется признак приема ЛЧМ сигнала. (Соседние интервалы сравниваются в блоке деления 17, результат сравнения испытывается на порог и записывается в регистр 28. При равенстве трех и более подряд соседних интервалов на выходе блока совпадения 33 формируется признак приема ЛЧМ сигнала).
з
з
и
2
1
2
1
2
В интервале времени 0…τ вследствие одинаковой скорости изменения фазы на входах перемножителя, но противоположных знаков фазовых членов, сигнал биений на выходе ФНЧ автокоррелятора представляет собой постоянное напряжение, а в интервале времени τ…τ/2 сигнал биений вновь представляет собой гармоническое колебание с постоянной частотой ωδ. При этом в случае обработки симметричного двунаправленного ЛЧМ сигнала ωδ=ωδ и число импульсов нуль-переходов в этих областях равны. При обработке же несимметричного двунаправленного ЛЧМ сигнала ωδ≠ωδ.
1
2
з
Область отсутствия переходов через нуль биений по выходу ФНЧ автокоррелятора между областями с ωδ=const и ωδ=const превышает время задержки в цепи автокоррелятора τ, при этом имеется лишь одна такая область.
Эти отличительные особенности отклика автокоррелятора на входной двунаправленный ЛЧМ сигнал используется при реализации алгоритма распознавания сигналов с двунаправленной ЛЧМ.
з
з
з
з
С выхода порогового элемента 6 серия импульсов нуль-переходов (фиг. 2, г) через ключ 9, управляемый стробом с выхода компаратора 7 (фиг. 2, д), поступает на вход элемента И 13, на второй вход которого поступает сигнал с выхода логического порогового элемента 11. Пороговый элемент 11 производит сравнение значения кода текущего интервала между соседними импульсами нуль-переходов, формируемого преобразователем "интервал-код" 12, с пороговым значением кода, который соответствует длительности интервала, равного τ. При интервале между соседними импульсами нуль-переходов ≤τ на выходе порогового элемента 11 сигнал отсутствует. При интервале >τ на его выходе будет сигнал с уровнем логической единицы (фиг. 2, е), при этом на выходе элемента И 13 появится импульс нуль-перехода (фиг. 2, з), который характеризует наличие в серии импульсов нуль-переходов области с временным интервалом между двумя соседними импульсами >τ.
Счетчик импульсов 19 подсчитывает число n таких областей в серии обрабатываемых импульсов нуль-переходов. При наличии лишь одной такой области (n=1) срабатывает пороговый элемент 24, настроенный на соответствующий порог (фиг. 2, и).
При обработке устройством сигнала с двунаправленной ЛЧМ на выходе блока совпадения 33, как отмечалось ранее, сформируются признаки приема ЛЧМ сигнала, причем в этом случае они будут сформированы дважды (фиг. 2, к), так как при появлении импульса на выходе элемента И 13 формирователь признака приема ЛЧМ сигнала обнуляется через элемент ИЛИ 16.
Число признаков приема ЛЧМ сигнала N подсчитывается счетчиком импульсов 21 и испытывается на порог в пороговом элементе 25. При N=2 пороговый элемент 25 срабатывает (фиг. 2, л) и на выходе элемента И 31 формируется признак приема сигнала с двунаправленной ЛЧМ (фиг. 2, м), который поступает на выходные элементы И 34, 35, а также через элемент НЕ 36 запрещает выдачу признака распознавания ЛЧМ сигнала на выход устройства через элемент И 38.
з
Для определения симметричности ветвей двунаправленного ЛЧМ сигнала служит реверсивный счетчик 18, пороговый элемент 23 и элемент НЕ 30. Реверсивный счетчик обнуляется передним фронтом импульса огибающей входного сигнала по выходу компаратора 7 (фиг. 2, д). Затем счетчик 18 подсчитывает число импульсов нуль-переходов по выходу ключа 9 до появления области с временным интервалом, превышающим τ. При этом импульс с выхода элемента И 13 переключает счетчик 18 на реверс и каждый последующий импульс на счетном входе уменьшает значение, записанное в счетчике 18, на единицу.
1
2
По окончании входного сигнала задним фронтом импульса по выходу компаратора 7 запускается одновибратор 10, который формирует на входах элементов И 34, 35 команду выдачи признака распознавания сигналов (фиг. 2, н). При этом, если на выходах реверсивного счетчика будет записано значение числа, близкого к нулю (ωδ=ωδ), то сработает пороговый элемент 23 и на выходе элемента И 35 "ВЫХ. 2" формируется признак распознавания сигнала с симметричной двунаправленной ЛЧМ.
1
2
В противном случае (когда ωδ≠ωδ) пороговый элемент 23 не сработает и на выходе элемента И 34 "ВЫХ. 1" формируется признак распознавания сигнала с несимметричной двунаправленной линейной частотной модуляцией, так как элемент НЕ 30 инвертирует состояние порогового элемента 23 на входе элемента И 34.
По окончании импульса с выхода одновибратора 10 запускается одновибратор 29 (фиг. 2, о), который обнуляет все элементы устройства.
При обработке сигналов с другими видами внутриимпульсной модуляции n≠1, N≠2. Пороговые элемента 24, 25 не срабатывают и на выходе элемента И 31 и, следовательно, на выходах элементов И 34, 35 признаки распознавания сигналов с двунаправленной ЛЧМ сформированы не будут.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники на микросхемах серий 100, 133.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, эффективность организации радиопротиводействия и вероятность опознавания типа РЛС и его носителя при решении задач РТР и ПСЦУ.