СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
METHOD OF SELECTING PULSE SEQUENCES

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для обнаружения импульсных сигналов на фоне помех, например в полуактивных головках самонаведения управляемого вооружения.
Известен способ селекции импульсов (см. патент РФ №2073953 М. кл. Н03К 5/26 от 04.11.93 г. ), заключающийся в том, что задается допустимое отклонение периода повторения импульсов, задается число последовательных попаданий в заданный интервал, определяемый по допустимому отклонению периода повторения от заданного. При этом первый пришедший импульс предполагается принадлежащим к искомой последовательности импульсов. Далее формируются интервалы попадания импульсов таким образом, что середина интервала отстоит от первого пришедшего импульса на время, равное заданному периоду повторения импульсов, а длительность интервала равна удвоенному допустимому отклонению периода повторения импульсов. Если в каждом из сформированных таким образом временных интервалов зафиксировано наличие входных импульсов, то последний из заданного количества импульсов считается принадлежащим к искомой последовательности и, начиная с него, осуществляется слежение, в противном случае процесс поиска начинается снова.
Основным недостатком этого способа является большая длительность процесса поиска последовательности импульсов с постоянным интервалом следования и отсутствие возможности обнаружения импульсных последовательностей с переменным интервалом следования, удовлетворяющим условию
i
i+1
где T и T - соответственно предыдущее и текущее значение интервала следования импульсов,
min
max
T и Т - соответственно предельное минимальное и максимальное значение интервала следования импульсов,
ув
ум
ΔТ и ΔТ - соответственно шаг увеличения и шаг уменьшения интервала следования импульсов.
Известен также способ селекции импульсов (см. патент РФ №2264030, М. кл. Н03К 5/26, БИ №31, 2005 г.), следующих с заданным периодом повторения, заключающийся в том, что задают предельно-допустимое отклонение периода повторения входных импульсов относительно заданного, задают число попаданий в заданный интервал, определяемый с учетом предельно-допустимых отклонений периода повторения входных импульсов, и фиксируя наличие импульса в заданном интервале, осуществляют накопление массива сумм времен появления очередного импульса относительно каждого из предыдущих, причем первая сумма определяется как сумма временных интервалов между появлением первого и последнего пришедшего импульса, вторая - как сумма временных интервалов между появлением второго и последнего импульса, третья - третьего и последнего и т.д., для каждой суммы ставят в соответствие равное нулю число попаданий в заданный интервал, каждую из этих сумм сравнивают с заданным периодом повторения, если при этом превышение одной из сумм меньше или равно предельно-допустимой величине отклонения периода повторения от заданного, из нее вычитают заданный период повторения импульсов, а число попаданий в заданный временной интервал увеличивают на единицу, если больше, эту сумму устанавливают равной времени появления очередного импульса относительно предыдущего, а число попаданий для этой суммы устанавливают равным нулю, в случае равенства числа попаданий в заданный интервал для одной из этих сумм заданному, последний из пришедших импульсов считают принадлежащим к искомой последовательности.
Основным недостатком этого способа является отсутствие возможности селекции импульсных последовательностей с переменным интервалом следования, удовлетворяющим условию
i
i+1
где T и T - соответственно предыдущее и текущее значение интервала следования импульсов,
min
max
T и Т - соответственно предельное минимальное и максимальное значение интервала следования импульсов,
ув
ум
ΔТ и ΔТ - соответственно шаг увеличения и шаг уменьшения интервала следования импульсов.
Задачей предлагаемого способа селекции импульсных последовательностей является обеспечение возможности селекции импульсных последовательностей с переменным интервалом следования.
Указанная задача достигается тем, что в известном способе селекции импульсных последовательностей, заключающемся в том, что задают предельно-допустимое отклонение интервала следования входных импульсов относительно заданного, фиксируют время появления очередного импульса, дополнительно устанавливают шаг увеличения интервала между соседними импульсами заданной последовательности, шаг уменьшения интервала между соседними импульсами заданной последовательности, минимальное и максимальное значение интервала следования импульсов, допустимые пределы длительности импульсов, проверяют на соответствие по длительности все импульсы и для дальнейшего анализа фиксируют время прихода лишь тех импульсов, длительность которых находится в заданных пределах, после запоминания времени прихода третьего импульса с допустимыми параметрами по длительности, инициируют поиск заданной последовательности, для чего i-ый импульс (i-ый - последний зафиксированный импульс) считают третьим импульсом искомой последовательности и определяют временной интервал между i-ым и (i-1)-ым импульсами и сравнивают с минимальным и максимальным возможными интервалами следования импульсов для заданной последовательности с учетом установленного предельно-допустимого отклонения и если полученный временной интервал окажется меньше минимально допустимого значения, то определяют временной интервал между i-ым и (i-2)-ым импульсами и т.д. до тех пор, пока полученный временной интервал не окажется в пределах установленного диапазона возможных интервалов или пока не закончатся зафиксированные импульсы или полученный временной интервал окажется больше максимально допустимого значения, в последних двух случаях процедуру поиска начинают с начала, дождавшись поступления (i+1)-ого импульса, если же полученный временной интервал между i-ым и (i-m)-ым импульсами окажется в пределах установленного диапазона возможных интервалов, то (i-m)-ый импульс считают вторым импульсом искомой последовательности и текущую процедуру поиска продолжают, для чего определяют второй временной интервал начиная с определения временного интервала между (i-m)-ым и (i-m-1)-ым импульсами, и если полученный в этом случае временной интервал окажется меньше минимально допустимого значения, то выполняют действия аналогичные вышеописанным при поиске первого временного интервала, если больше максимально допустимого значения, то возвращаются к определению первого интервала между (i)-ым и (i-m-1)-ым импульсами и если полученный в этом случае первый временной интервал окажется больше максимально допустимого значения, то процедуру поиска начинают с начала, дождавшись поступления (i+1)-oгo импульса, если полученный первый временной интервал окажется в пределах установленного диапазона возможных интервалов, то (i-m-1)-ый импульс считают вторым импульсом искомой последовательности и процедуру поиска продолжают, для чего проводят определение временного интервала между (i-m-1)-ым и (i-m-2)-ым импульсами, и если полученный в этом случае временной интервал окажется меньше минимально допустимого значения или больше максимально допустимого значения, то выполняют действия, аналогичные описанным при определении временного интервала между (i-m)-ым и (i-m-1)-ым импульсами, если полученный временной интервал окажется в пределах установленного диапазона возможных интервалов, то определяют шаг изменения интервала посредством вычитания второго интервала из первого, полученное значение сравнивают с установленным значением шага увеличения интервала между соседними импульсами заданной последовательности с учетом предельно-допустимого отклонения, если это значение положительно, или с установленным значением шага уменьшения интервала между соседними импульсами заданной последовательности с учетом предельно-допустимого отклонения, если это значение отрицательно, и если полученный шаг не удовлетворяет заданным требованиям, то возвращаются к началу проведенной процедуры поиска к определению первого интервала, но уже между (i)-ым и (i-m-2)-ым импульсами и далее выполняют действия, аналогичные проведенной процедуре поиска, в результате которых либо выходят на новую процедуру поиска, дождавшись поступления (i+1)-oгo импульса, либо на очередное повторение проведенной процедуры с i-oгo импульса, либо в результате проведенной процедуры поиска получают шаг интервала между соседними импульсами заданной последовательности, удовлетворяющий заданным требованиям, и в этом случае последовательность считают найденной, а i-ый импульс считают принадлежащим искомой последовательности, если в процессе поиска, начиная с i-гo импульса, последовательность не обнаруживают, то процедуру поиска повторяют с (i+1)-гo импульса, затем с (i+2)-гo и так далее до тех пор пока, начиная с (3+n)-го импульса (n - количество дополнительных процедур поиска), не будут обнаружены последовательно два интервала, соответствующих диапазону возможных интервалов, и разность между ними не будет соответствовать шагу увеличения или уменьшения интервала между соседними импульсами заданной последовательности, в этом случае фиксируют обнаружение искомой последовательности, а (3+n)-ый импульс считают принадлежащим к искомой последовательности.
Описанный способ реализуется в предлагаемом селекторе импульсов, содержащем две группы усилителей, сумматор, компаратор, группу компараторов, элемент ИЛИ и микроконтроллер, причем выходы усилителей первой группы соединены со входами сумматора, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого соединен со входом элемента ИЛИ, группа входов которого соединена с выходами компараторов группы компараторов, первые входы которых соединены с выходами соответствующих усилителей второй группы, выход элемента ИЛИ соединен с первым и вторым входами прерываний микроконтроллера, входы усилителей первой группы подключены к группе входов внутренних чувствительных элементов устройства, входы усилителей второй группы подключены к группе входов внешних чувствительных элементов устройства, второй вход компаратора соединен со входом порога внутренних чувствительных элементов устройства, вторые входы каждого компаратора группы компараторов соединены со входом порога внешних чувствительных элементов устройства, выход последовательного интерфейса микроконтроллера соединен с выходом устройства.
Структурная схема селектора импульсов, используемого, например, в полуактивной головке самонаведения, приведена на чертеже. В его состав входят: первая группа усилителей 1, сумматор 2, компаратор 3, элемент ИЛИ 4, вторая группа усилителей 5, группа компараторов 6, микроконтроллер 7, группа входов 8 внутренних чувствительных элементов устройства, группа входов 9 внешних чувствительных элементов устройства, вход 10 порога внутренних чувствительных элементов устройства, вход 11 порога внешних чувствительных элементов устройства, выход 12 устройства.
Функционирование этого селектора импульсов осуществляется следующим образом.
Импульсные сигналы с выходов четырех внешних и четырех внутренних чувствительных элементов фотоприемного устройства поступают через группы входов 8 и 9 на входы усилителей 1 первой группы и на входы усилителей 6 второй группы соответственно. При этом, так как фотоприемное устройство головки самонаведения управляемого вооружения, состоящее из четырех внешних и четырех внутренних чувствительных элементов, при регистрации импульсного сигнала может захватить его либо всеми чувствительными элементами, либо какой-то их группой вплоть до одного элемента, то для исключения потери информации, необходимой для селекции импульсных последовательностей, при регистрации импульсного сигнала фотоприемным устройством зафиксированные внешними и внутренними чувствительными элементами сигналы после усиления, пороговой и логической обработки собираются в конечном итоге в один импульсный сигнал, который используется микроконтроллером для проведения селекции заданной импульсной последовательности.
С этой целью сигналы с четырех внутренних чувствительных элементов фотоприемного устройства усиливаются на усилителях 1 первой группы и поступают на входы сумматора 2, с выхода которого полученная сумма сигналов поступает на компаратор 3, где производится ее сравнение с пороговым значением суммы сигналов внутренних чувствительных элементов устройства, поступающим со входа 10. Результат с выхода компаратора 3 поступает на один из входов элемента ИЛИ 4.
Сигналы с четырех внешних чувствительных элементов усиливаются на усилителях 6 второй группы и поступают на соответствующие компараторы 5 группы компараторов, где производится их сравнение с пороговым значением сигналов с внешних чувствительных элементов устройства, поступающим со входа 11. Результаты сравнения с выходов компараторов 5 группы компараторов поступают на входы элемента ИЛИ 4, где производится логическое сложение превышающих пороговый уровень сигналов с внешних чувствительных элементов устройства и суммы сигналов с внутренних чувствительных элементов устройства, а результат поступает на два входа прерываний микроконтроллера 7, запрограммированные на срабатывание один по переднему фронту импульса, а второй по заднему фронту импульса, что позволяет микроконтроллеру 7 фиксировать время прихода импульсного сигнала и определить его длительность, которая сравнивается микроконтроллером 7 с допустимыми пределами длительности импульсов, хранящимися в ПЗУ этого микроконтроллера.
min
max
max
min
max
max
min,
max
Если длительность зафиксированного микроконтроллером 7 импульсного сигнала входит в заданный интервал, то микроконтроллер 7 производит запись времени прихода импульса во внутреннее ОЗУ, а счетчик принятых импульсов микроконтроллера 7 увеличивается на 1. После запоминания времени прихода трех импульсов, микроконтроллер 7 запускает процедуру поиска заданной импульсной последовательности. Для этого микроконтроллер 7 принимает последний зафиксированный импульс за третий импульс искомой последовательности, определяет временной интервал между третьим (последним зафиксированным) и вторым импульсами и сравнивает его с минимальным T и максимальным Т возможными интервалами следования импульсов для заданной последовательности с учетом установленного предельно-допустимого отклонения, хранящимися в ПЗУ микроконтроллера 7. Если полученный временной интервал окажется больше Т, то микроконтроллер 7 перейдет к новой процедуре поиска, дождавшись поступления четвертого импульса (если он еще не был зафиксирован за время проведенной процедуры поиска). Если полученный временной интервал окажется меньше T, то микроконтроллер 7 возвращается к началу проводимой процедуры поиска к определению первого интервала, но уже между третьим и первым импульсами и независимо от полученного результата (значение интервала входит в диапазон возможных интервалов или больше Т), поскольку зафиксированные импульсы закончились, процедура поиска не завершена и искомая последовательность не обнаружена, то микроконтроллер 7 врезультате выйдет на новую процедуру поиска, дождавшись поступления четвертого импульса. Если же полученный временной интервал между третьим (последним зафиксированным) и вторым импульсами входит в диапазон возможных интервалов следования импульсов, то микроконтроллер 7 перейдет к определению второго временного интервала уже между вторым и первым импульсами, и если полученный в этом случае интервал окажется больше Т или меньше T то микроконтроллер 7 перейдет к новой процедуре поиска, дождавшись поступления четвертого импульса, если же полученный второй временной интервал входит в диапазон возможных интервалов, то микроконтроллер 7 определяет шаг изменения интервала посредством вычитания второго интервала из первого. Полученное значение микроконтроллер 7 сравнивает с хранящимся в его ПЗУ значением шага увеличения интервала между соседними импульсами заданной последовательности с учетом предельно-допустимого отклонения, если это значение положительно, или с хранящимся в его ПЗУ значением шага уменьшения интервала между соседними импульсами заданной последовательности с учетом предельно-допустимого отклонения, если это значение отрицательно, и если полученный шаг удовлетворяет требованиям, то последовательность считают найденной, а третий импульс считают принадлежащим искомой последовательности, если же полученный шаг не удовлетворяет заданным требованиям, то микроконтроллер 7 возвращается к началу проведенной процедуры поиска к определению первого интервала, но уже между третьим и первым импульсами и независимо от полученного результата (значение интервала входит в диапазон возможных интервалов или больше Т), поскольку зафиксированные импульсы закончились, процедура поиска не завершена и искомая последовательность не обнаружена, то микроконтроллер 7 перейдет к новой процедуре поиска, дождавшись поступления четвертого импульса.
min
i-(i-m)
min
i-(i-m)
i-(i-m)
min
i-(i-m)
i-(i-m)
max
i-(i-m)
max
Когда длительность очередного входного импульса, зарегистрированного чувствительными элементами фотоприемного устройства, окажется в пределах заданного диапазона по длительности, то микроконтроллер 7 произведет запись времени прихода этого импульса во внутреннее ОЗУ, а счетчик принятых импульсов микроконтроллера 7 увеличится на 1 и станет равным четырем. После этого микроконтроллер 7, если при предыдущей процедуре поиска искомая последовательность не обнаружена, запускает новую процедуру поиска заданной импульсной последовательности, принимая за третий импульс искомой последовательности последний зафиксированный (т.е. четвертый) импульс, и выполняя действия, аналогичные предыдущему поиску. Если и при этой процедуре поиска искомая последовательность не будет обнаружена, то микроконтроллер 7 дождется фиксации пятого импульса (если он еще не был зафиксирован за время проведенной процедуры поиска) и повторит процедуру поиска и в общем случае для (i)-го зафиксированного импульса процедура поиска будет проводиться следующим образом. Микроконтроллер 7 принимает (i)-й зафиксированный импульс за третий импульс искомой последовательности, определяет временной интервал между i-ым и (i-1)-ым импульсами и сравнивает его с минимальным и максимальным возможными интервалами следования импульсов для заданной последовательности с учетом установленного предельно-допустимого отклонения и если полученный временной интервал окажется меньше T то микроконтроллер 7 определяет временной интервал между i-ым и (i-2)-ым импульсами и т.д. до тех пор, пока полученный временной интервал между i и (i-m) импульсами Т не удовлетворит условию T≤Т, либо пока не закончатся записанные в ОЗУ микроконтроллера 7 времена приходов импульсов. Если был найден интервал Т, удовлетворяющий условию T≤Т, то микроконтроллер 7 проверяет его на соответствие условию Т≤Т Если это условие выполняется, то микроконтроллер 7 устанавливает, что первый временной интервал найден, принимает (i-m)-й импульс за второй импульс искомой последовательности и приступает к определению второго временного интервала искомой последовательности. Если же условие Т≤Т не выполняется, либо закончились записанные в ОЗУ микроконтроллера 7 времена приходов импульсов, то текущая процедура поиска искомой последовательности завершается и производится ожидание прихода следующего импульса (если он не пришел за время обработки), после прихода которого микроконтроллер 7 принимает за третий импульс искомой последовательности уже (i+1)-й зафиксированный импульс и начинает новую процедуру поиска, приступая вновь к определению первого временного интервала и продолжая это до тех пор, пока начиная с (i+k)-го зафиксированного импульса не будет найден интервал, соответствующий требованиям, либо не придет команда на прекращение процедуры поиска.
i-(i-m)
min
i-(i-m)
max
min
(i-m)-(i-m-n)
min
(i-m)-(i-m-n)
(i-m)-(i-m-n)
min
(i-m)-(i-m-n)
(i-m)-(i-m-n)
(i-m)-(i-m-n)
max
(i-m)-(i-m-n)
max
max
i-(i-m-1)
max
i-(i-m-1)
max
После того как микроконтроллер 7 определил первый временной интервал Т удовлетворяющий условию T≤Т)≤Т, принял (i-m)-й импульс за второй импульс искомой последовательности, он приступает к определению второго временного интервала, начиная с определения интервала между (i-m) и (i-m-1) импульсами и сравнения его с минимальным и максимальным возможными интервалами следования импульсов для заданной последовательности с учетом установленного предельно-допустимого отклонения. Если полученный временной интервал окажется меньше T, то микроконтроллер 7 определяет временной интервал между (i-m) и (i-m-2) импульсами и т.д. до тех пор, пока полученный временной интервал между (i-m) и (i-m-n) импульсами T не удовлетворит условию T≤T, либо пока не закончатся записанные в ОЗУ микроконтроллера 7 времена прихода импульсов. Если был найден интервал T удовлетворяющий условию T≤T, то микроконтроллер 7 далее проверяет интервал T нa соответствие условию T≤Т и если это условие выполняется, то микроконтроллер 7 устанавливает, что второй временной интервал найден, принимает (i-m-n)-й импульс за первый импульс искомой последовательности и приступает к определению шага изменения интервала между соседними импульсами заданной последовательности. Если же условие T≤Т не выполняется, то микроконтроллер 7 проводит возврат к началу выполняемой процедуры поиска к поиску первого интервала и вычисляет интервал между i и (i-m-1) импульсами и сравнивает его с Т. Если условие T≤Т не выполняется, то текущая процедура поиска искомой последовательности завершается и производится ожидание прихода следующего импульса (если он не пришел за время обработки), после прихода которого микроконтроллер 7 принимает за третий импульс искомой последовательности уже (i+1)-й зафиксированный импульс и начинает новую процедуру поиска. Если же условие T≤Т выполняется, то микроконтроллер 7 принимает (i-m-1)-й импульс за второй импульс искомой последовательности и переводит процедуру поиска к определению второго временного интервал, начиная с (i-m-1) импульса и выполняя действия аналогичные тому, как это проводилось при предыдущем поиске второго интервала, начиная с (i-m)-го импульса. Описанная процедура поиска будет выполняться до тех пор, пока не будут обнаружены последовательно два временных интервала, соответствующих диапазону возможных интервалов, либо пока первый интервал не превысит максимально допустимое значение, либо пока не закончатся записанные в ОЗУ микроконтроллера 7 времена прихода импульсов. В двух последних случаях текущая процедура поиска искомой последовательности завершается и производится ожидание прихода следующего импульса (если он не пришел за время обработки), после прихода которого микроконтроллер 7 принимает за третий импульс искомой последовательности уже (i+1)-й зафиксированный импульс и начинает новую процедуру поиска.
После того как в результате проведенной процедуры поиска микроконтроллер 7 обнаружил последовательно два временных интервала, соответствующих диапазону возможных интервалов, то он производит определение шага изменения интервала между соседними импульсами заданной последовательности посредством вычитания второго интервала из первого и сравнения полученного значения с установленным значением шага увеличения интервала между соседними импульсами заданной последовательности с учетом предельно-допустимого отклонения, если это значение положительно, или с установленным значением шага уменьшения интервала между соседними импульсами заданной последовательности с учетом предельно-допустимого отклонения, если это значение отрицательно. Если полученный шаг не удовлетворяет заданным требованиям, то микроконтроллер 7 возвращается к началу проведенной процедуры поиска к определению первого интервала, но уже между (i)-ым и (i-m-2)-ым импульсами и далее выполняет действия, аналогичные проведенной процедуре поиска, в результате которых либо выходит на новую процедуру поиска, дождавшись поступления (i+1)-oгo импульса, либо на очередное повторение проведенной процедуры с i-oгo импульса, либо в результате проведенной процедуры поиска получает шаг интервала между соседними импульсами заданной последовательности, удовлетворяющий заданным требованиям, и в этом случае последовательность считают найденной, а i-ый импульс считают принадлежащим искомой последовательности, и микроконтроллер 7 переходит к режиму сопровождения.
Проведенные испытания предложенного способа селекции импульсов, реализованного в лазерной полуактивной головке самонаведения, показали высокую эффективность этого способа в обнаружении заданных последовательностей импульсов как с постоянным, так и с переменным интервалом следования, а также достижение минимального времени обнаружения заданной импульсной последовательности.