Устройство подавления помех от гидрометеоров

н
н
Предлагаемое устройство относится к области радиолокации и может быть использовано, например, в приемном тракте РЛС после оптимальной фильтрации, когда сигналы являются уже простыми, т.е. с произведением их длительности Т на ширину спектра Δf порядка единицы.
Задача защиты от гидрометеоров приемника РЛС особенно актуальна, так как гидрометеоры (капли дождя, снег, град и т.п.) обладают значительным разбросом радиальных скоростей и не могут в силу этого подавлены эффективно в схемах линейной селекции целей. Однако, метеорологические образования, как правило, по размерам значительно превосходят размеры цели и при соответствующем выборе параметров РЛС можно достигнуть того, что отражения от целей и гидрометеоров будут различны по длительности.
Известны устройства и системы подавления помех от гидрометеоров (авт.свид. СССР №№ 1.058.444, 1.128.211, 1.840.323; патенты РФ №№ 2.084.922, 2.090.903, 2.101.728, 2.222.031, 2.344.448, 2.394.254, 2.527.167; патенты США №№ 5.500.646; патенты WO №№ 9.724.629, 9.938.028; Лезин Ю.С. оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М. сов. радио, 1963; Гоноровский И.С. радиотехнические цепи и сигналы. М. Сов. радио, 1971 и другие).
Из известных устройств и систем наиболее близким к предлагаемому выбрано «Устройство защиты от импульсных помех радиолокационных приемников» (авт. свид. СССР № 1.840.323, G01S 7/36 1975), которое выбрано в качестве прототипа.
Известное устройство обеспечивает защиту от импульсных помех независимо от выходного динамического диапазона сигналов, в отличие от схемы ШОУ, где только уменьшение выходного динамического диапазона сигналов увеличивает помехозащищенность. Динамический диапазон помех по длительности, в котором известное устройство не обеспечивает защиту, определяется только полосой приемного тракта, в которой происходит ограничение, и, с увеличением полосы широкополосной части приемника, помехозащищенность увеличивается. Кроме того, известное устройство может быть использовано для выделения эхо сигналов, отраженных от точечных целей (самолеты, ракеты и т.д.). На фоне отражений для протяженных целей (местные предметы, гидрометеоры), так как в случае отражений от протяженных целей происходит увеличение длительности принимаемых сигналов.
Простые сигналы и шумовые выбросы на выходе оптимального фильтра имеют подобную треугольную форму, а импульсные помехи от гидрометеоров с длительностью, отличающуюся от принимаемых эхо-сигналов имеют трапецеидальную форму (Лезин Ю.С. оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М. Сов. радио, 1963). На этом отличии и основано подавление импульсных помех от гидрометеоров. При этом в известном устройстве для разделения указанных импульсов по форме их дифференцируют. Для повышения надежности и эффективности подавления импульсных помех от гидрометеоров в предлагаемом устройстве используют еще и метод селекции импульсов минимальной длительности.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности и эффективности подавления импульсных помех от гидрометеоров путем использования метода селекции импульсов минимальной длительности.
Поставленная задача решается тем, что устройство подавления помех от гидрометеоров, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно соединенные схему защиты от широкополосных и узкополосных помех, вход которого является входом устройства, устройство стабилизации уровня ложных тревог и перемножитель, выход которого является выходом устройства, последовательно подключенные  к выходу устройства стабилизации уровня ложных тревог ограничителя снизу, первого дифференцирующего устройства, двухстороннего ограничителя, второго дифференцирующего устройства и порогового устройства, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено схемой измерения длительности, схемой сравнения с пороговым значением длительности и запоминания, генератором прямоугольных импульсов, линией задержки, каскадом антисовпадений и логическим элементом И, причем к выходу устройства стабилизации уровня ложных тревог последовательно подключены схема измерения длительности, схема сравнения с пороговым значением длительности и запоминания, генератор прямоугольных импульсов, каскад антисовпадений, второй вход которого через линию задержки соединен с выходом устройства стабилизации уровня ложных тревог, и логическими элементами И, второй вход которого соединен с выходом порогового устройства, а выход подключен к второму входу перемножителя.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, характеристика ограничителя снизу изображена на фиг. 2. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, показаны на фиг.3.
з
нпор
з
нпор
Устройство подавления помех от гидрометеоров содержит последовательно соединенные схему 1 защиты от широкополосных и узкополосных помех, вход которой является входом устройства, устройство 2 стабилизации уровня ложных тревог и перемножитель 4, выход которого является выходом устройства. К выходу устройства 2 стабилизации уровня ложных тревог последовательно подключены ограничитель 5 снизу, первое дифференцирующее устройство 8, пороговое устройство 9 и логический элемент И 15, выход которого соединен с вторым входом перемножителя 4. К выходу устройства 2 стабилизации уровня ложных тревог последовательно подключены схема 10 измерения длительности, схема 11 сравнения с пороговым значением длительности и запоминания, генератор 12 прямоугольных импульсов и каскад 14 антисовпадений, второй вход которого через линию 13 задержки (время задержки τ которой равно τ, τ=τ) соединен с выходом устройства 2 стабилизации уровня ложных тревог, а выход подключен ко второму входу логического элемента И 15.
Ограничитель 5 снизу, первое 6 и второе 8 дифференцирующее устройства, двухсторонний ограничитель 7, пороговое устройство 9, схема 10 измерения длительности, схема 11 сравнения с пороговым значением длительности и запоминания, генератор 12 прямоугольных импульсов, линия 13 задержки, каскад 14 антисовпадений и логический элемент И 15 образуют блок 3 селекций импульсов по форме и длительности.
Устройство подавления помех от гидрометеоров работает следующим образом.
Сигналы, прошедшие оптимальную обработку, схему 1 защиты от широкополосных и узкополосных помех (схему ШОУ), устройство 2 стабилизации уровня ложных тревог, разделяются на два канала. В одном из каналов сигналы проходят через блок 3 селекции импульсов по форме и длительности. В другом канале стоит перемножитель 4, в котором осуществляется перемножение выходного случайного процесса радиолокационного приемника со сформированными импульсами на выходе блока 3 селекции импульсов по форме и длительности. При этом на выход перемножителя 4 проходят импульсы, отраженные от целей, а помехи не проходят.
0
Рассмотрим конкретную реализацию блока 3 селекции импульсов по форме и длительности. Для простоты ограничимся случаем обработки простых сигналов. (фиг.3, а) Входным элементом блока 3 селекции является нелинейный элемент – ограничитель снизу 5. Уровень ограничения U выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимый уровень ложных тревог на выходе всего устройства. На выходе ограничителя 5 снизу получается последовательность импульсов, превысивших порог ограничителя (фиг.3б). Простые сигналы и шумовые выбросы на выходе оптимального фильтра имеют треугольную форму, а импульсные помехи от гидрометеоров с длительностью, отличающуюся от принимаемых эхо-сигналов, имеют трапецеидальную форму. На этом отличии и основано подавление импульсных помех от гидрометеоров.
п
п
п
н
Для выделения сигналов треугольной формы их дифференцируют. На выходе первой дифференцирующей цепи 6 в случае трапецеидального импульса (для помех τ>T и τ<T) получается два разнополярных импульса, отстающих на величину, определяемую длительностью помехи, а в случае треугольного импульса разнополярные импульсы примыкают друг к другу (фиг. 3, б). Полученные импульсы поступают на вход двухстороннего ограничителя 7, на выходе которого амплитуда продифференцированных импульсов становится одинаковой и не зависит от динамического диапазона выходных сигналов приемника (фиг. 3,г). На выходе ограничителя 7 с помощью второго устройства 8 дифференцирования выделяются моменты времени, в которые достигается максимальное значение принимаемых эхо-сигналов (фиг. 3, д). В эти моменты производная огибающей эхо-сигналов круто проходят через нуль, а для импульсных помех с длительностью, отличающейся от длительности зондирующих импульсов, в момент достижения максимального значения помехи на выходе оптимального фильтра крутизна производной огибающей помехи постоянна и равна нулю.
Это приводит к тому, что максимальный уровень помех на выходе дифференцирующей цепи 8 всегда меньше уровня импульсов, соответствующих входным треугольным импульсам (фиг.3, д). В данном случае отработки простых сигналов уровень помех будет в два раза ниже уровня полезных сигналов. Ставя порог порядка единицы, можно четко выделить моменты времени, в которые достигается максимальное значение импульсов, совпадающих по форме с треугольными. Поскольку на выходе порогового элемента 9 импульсы постоянны по амплитуде, то такие сигналы нельзя использовать непосредственно для изображения на индикаторе кругового обзора (ИКО), так как для необходимой контрастности изображения динамический диапазон сигналов на ИКО должен быть порядка 5÷7. Для сохранения динамического диапазона на ИКО выходной процесс с выхода устройства 2 стабилизации уровня шума перемножается с пронормированными импульсами, выделенными в блоке 3 селекции импульсов по форме и длительности. На выход перемножителя 4 проходят только сигналы, которые по форме совпадают с эхо-сигналами (фиг. 3, д).
нпор
нпор
Если импульсные сигналы разделяются по времени, то селектировать по длительности можно без существенных искажений амплитуды и формы селектируемого сигнала. Для этого можно использовать следующий принцип: измеряется длительность каждого из импульсов последовательности с помощью схемы 10, сравниваются измеренные величины с пороговыми значениями τв схеме 11. В момент, когда измеряемая величина превышает τ, включается генератор 12 прямоугольных импульсов. Далее, от схемы 10 измерения длительности требуется лишь зарегистрировать момент окончания селектируемого импульса. После этого схема возвращается в исходное состояние и готова начать измерение следующего импульса. Данные о длительности селектируемых импульсов передаются на схемы запоминания длительности, которая определяет момент окончания работы генератора 12 прямоугольных импульсов.
нпор
Следовательно, генератор 12 прямоугольных импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы каждый раз, когда длительность селектируемого импульса превышает τ, и не вырабатывает – когда не превышает.
Каскад 14 антисовпадений постоянно открыт, если не поступают прямоугольные импульсы, и закрыт, когда они поступают. Благодаря этому на выход схемы проходят лишь те импульсы, длительность которых меньше порогового значения (фиг. 3, ж). Указанные импульсы вместе с импульсами с выхода порогового устройства 9 (фиг. 3,е) поступают на два входа логического элемента И 15, на выходе которого формируется последовательность импульсов (фиг.3, з), соответствующая селекции импульсов по форме и длительности. Эти импульсы поступают на второй вход перемножителя 4, на выход которого проходят только сигналы, которые по форме и длительности совпадают с эхо-сигналами.
Предлагаемое устройство обеспечивает защиту от помех, длительность которых незначительно отличается от длительности зондирующего сигналов. В блоке селекции импульсов по форме не выделяются помехи, длительность которых отличается более чем на длительность переднего (заднего) фронта эхо-импульса в широкополосной части приемника, в которой происходит ограничение.
Предлагаемое устройство обеспечивает защиту от импульсных помех независимо от выходного динамического диапазона сигналов, в отличие от схемы ШОУ, где только уменьшение выходного динамического диапазона сигналов увеличивает помехозащищенность. Динамический диапазон помех по длительности, в котором предлагаемое устройство не обеспечивает защиту, определяется только полосой приемного тракта, в которой происходит ограничение, и с увеличением полосы широкополосной части приемника помехозащищенность увеличивается. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано для выделения эхо-сигналов, отраженных от точечных целей (самолеты, ракеты и т.д.) на фоне отражений от протяженных целей (местные предметы, гидрометеоры), так как в случае отражений от протяженных целей происходит увеличение длительности принимаемых сигналов.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение надежности и эффективности подавления импульсных помех от гидрометеоров. Это достигается за счет использования метода селекции импульсов минимальной длительности.