Устройство последетекторной межпериодной обработки радиоимпульсов

Полезная модель относится к области обработки сигналов, в частности радиолокационных сигналов.
Известны устройства для последетекторной межпериодной обработки (МПО), построенные на основе обеляющего фильтра и обеспечивающие эффективное подавление коррелированной помехи и обнаружение сигнала [1, 2].
Однако такие устройства характеризуются сложностью в программной и аппаратной реализации, особенно при большом числе импульсов в пачке.
В качестве прототипа выбрано устройство адаптивной последетекторной МПО на основе обеляющего фильтра, описанное в работе [1].
Данное устройство содержит приемник, амплитудный детектор, линию задержки, обеляющий фильтр и блок скалярного перемножения.
Недостатком данного устройства является сложность реализации и высокая вычислительная нагрузка.
Задачей настоящего изобретения является упрощение структуры МПО, что позволяет существенно снизить вычислительную нагрузку при сохранении свойств адаптации к помеховой обстановке.
Указанная задача решается за счет того, что в устройстве последетекторной межпериодной обработки радиоимпульсов путем получения радиосигналов, накопления классифицированной пачки радиоимпульсов, сравнения полученных данных, вычисления весовых коэффициентов с построением матрицы, и по результатам проведения классификации цели по признаку ее принадлежности к цели, находящейся в рабочей зоне радиолокатора, предлагается применять блочное  построение последетекторной межпериодной обработки посредством использования решетчатого фильтра, образованного из элементарных решетчатых фильтров, при этом построение матрицы производят с разбивкой на две или более частей.
Количество элементарных решетчатых фильтров N определяется размерностью пачки M.
Вычисление весовых коэффициентов  производят по классифицированной выборке, размерности К х М, где М – длительность пачки.
Весовое суммирование сигнальных отсчетов осуществляют  посредством решетчатого фильтра размерности М.
Кроме того, заявляемая задача решается за счет того, что в устройстве последетекторной межпериодной обработки радиоимпульсов, включающем накопитель, пороговое устройство, блок оценки полученных результатов, предлагается использовать решетчатый фильтр, образованный из элементарных решетчатых фильтров, при этом блок оценки полученных результатов выполнен в виде блока оценки параметров решетчатого фильтра, связанного с блоком вычислителя суммы квадратов модулей.
Разбиение решетчатого фильтра на блоки позволяет снизить вычислительную нагрузку за счет уменьшения требуемого количества операций сложения и умножения, а также упростить аппаратную и программную реализацию устройства.
Устройство для последетекторной межпериодной обработки, построенное с использованием решетчатого фильтра, позволяет исключить процедуру прямого обращения обучающей корреляционной матрицы. При этом весовые коэффициенты обеляющего фильтра находятся в результате рекурсивной процедуры в соответствии с алгоритмом Левинсона [3].
Проведенные патентные исследования позволяют предположить, что заявляемое устройство обладает новизной и изобретательским уровнем.
Заявляемое устройство для его осуществления могут найти широкое применение в области радиолокации, следовательно, они соответствуют критерию «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется схемами, где на фиг. 1 приведена блок-схема адаптивной межпериодной обработки; на фиг. 2 – структура решетчатого фильтра; на фиг. 3 – структура элементарного решетчатого фильтра; на фиг. 4 – пример построения блочной МПО; на фиг. 5 и 6  – графики вероятности обнаружения при различных значениях М; на фиг.7 – скоростная характеристика.
Блок-схема адаптивной последетекторной межпериодной обработки содержит блок 1 оценки параметров решетчатого фильтра, адаптивный решетчатый фильтр 2, блок 3 вычислителя суммы квадратов модулей.
Блок 1 оценки параметров решетчатого фильтра производит вычисление весовых коэффициентов  и  по классифицированной выборке  размерности ;
Решетчатый фильтр 2 размерности  производит весовое суммирование сигнальных отсчетов , полученных на -той дальности в  позициях по азимуту;
Блок 3 вычислителя суммы квадратов модулей производит операции , где  - вектор-столбец размерности . Скаляр  определяет предпороговую статистику.
Как видно из фиг. 2, решетчатый фильтр 2 представляет собой структуру из элементарных решетчатых фильтров , число  которых определяется величиной  и равняется:
(1).
В каждой ячейке  необходимо выполнить 4 операции умножения и 2 операции суммирования. Вычисление  производится рекурсивно, и так как фильтр имеет систолическую структуру, наибольшее число вычислительных операций приходится на первую ступень АРФ размерности .
Поэтому представляет интерес построение МПО, при котором порядок АРФ минимален. Уменьшение пачки  приводит к ухудшению характеристик обнаружения МПО [3]. Скоростная характеристика МПО также зависит от . При уменьшении  возрастает неравномерность скоростной характеристики МПО, так как не представляется возможным применение сложного закона вобуляции. Таким образом, уменьшение пачки  нежелательно.
При разбиении МПО на  блоков размерность каждого блока станет равной . Тогда количество  равно
(2).
Отсюда
(3).
Устройство, реализующее блочное построение МПО, позволяет при сохранении  снизить порядок АРФ. Пример такого построения при  приведен на рисунке 4. В этом случае используются 2 АРФ порядка , на АРФ1 поступают отсчеты  с позиций 1, … ; на АРФ2 отсчеты  с позиций , … . Оценка  и  в БОП РФ производится по классифицированной выборке  размерности . При этом количество  равно
,(4)
и уменьшается на величину
(5).
В то же время размерность первой ступени АРФ становится равна , что соответственно снижает число вычислительных операций на первой ступени пропорционально .
Упрощение МПО при блочном построении изменяет характеристики предпороговой статистики  и, соответственно, вероятности ложной тревоги  и правильного обнаружения .
Предпороговая статистика  является композицией статистик  и . В работе [2] определено, что предпороговая статистика последетекторной МПО с АРФ размерности  подчиняется -распределению с числом степеней свободы равном при отсутствии сигнала ():
,(6)
и логарифмически нормальному распределению с параметрами  и  при наличии сигнала ():
(7)
Параметры  и  зависят от , отношения сигнал\шум , отношения помеха\шум  и разности доплеровских частот сигнала и помехи .
Так как величины  и  при  имеют -распределение с числом степеней свободы , то для  соответственно получим -распределение с числом степеней свободы . Это означает, что вероятность ложной тревоги  для блок-схем, приведенных на рисунках 1 и 4 одинакова и определяется только величиной .
При  наличии сигнала распределения  и  имеют логарифмически-нормальный закон.
Результаты математического моделирования для  при блочном построении МПО () в виде характеристик обнаружения приведены на рисунках 5 и 6. Характеристики получены для гауссовой модели помехи с , . Индексы при  обозначают соответственно результаты для структур, приведенных на рисунке 5 и на рисунке 6. Полученные результаты показывают увеличение требуемого отношения сигнал\шум в зависимости от . При  проигрыш в  составляет величину около 2 дБ относительно , при  - соответственно около 1 дБ относительно  независимо от .
На рисунке 7 приведена скоростная характеристика для  и  для сложного закона вобуляции , где . Этот результат показывает, что вид скоростной характеристики не изменяется.
Устройство, реализующее блочный способ построения последетекторной МПО, позволяет сократить размерность АРФ и, соответственно, вычислительных операций.
При этом упрощение структуры АРФ приводит к потерям в отношении сигнал\шум равным 1-2 дБ для  для . Вид скоростной характеристики не изменяется при переходе к блочному построению МПО.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Д.И. Леховицкий, И.Г. Кириллов, С.И. Бурковский. Особенности междупериодной обработки сигналов на фоне пассивных помех в некогерентных импульсных РЛС. // Журнал радiоелектроннi i комп'ютернi системи. – 2005. - №2 (10). – С.51-57.
URL: www.khai.edu/csp/nauchportal/Arhiv/REKS/2005/REKS205/pdf/Lehovick.pdf
2. И.Е. Чухломин, Н.А. Файзулин. Характеристики обнаружения последетекторной межпериодной обработки с обеляющим фильтром. / Журнал современная электроника, 2017, №2, 2-4 С.
3. Д.И. Леховицкий, В.Л. Рябуха, Г.А. Жуга. СДЦ в импульсных РЛС: 1. Физический смысл и экстремальные свойства операций оптимальной межпериодной обработки гауссовых сигналов на фоне гауссовых пассивных помех  / Прикладная радиоэлектроника, 2011, Том 10, №4. – 463 С.