Двухчастотное устройство селекции движущихся целей

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности к устройствам селекции движущихся целей (СДЦ), и может быть использовано в двухчастотных РЛС для выделения сигнала цели на фоне мешающих отражений от движущихся коррелированных помех.
Известно двухчастотное устройство СДЦ [1], которое содержит сумматор, амплитудный детектор, линию задержки и схему вычитания. На входы сумматора подаются после преобразования частоты два сигнала с разными доплеровскими частотами  и  Геометрически складываясь в сумматоре друг с другом, эти сигналы порождают биения, детектируемые амплитудным детектором. Видеоимпульсы с выхода детектора подаются на череспериодную схему компенсации, работающую на видеочастоте и образованную линией задержки на период повторений РЛС - Т и схемой вычитания. В результате такой нелинейной обработки скоростная характеристика двухчастотного устройства СДЦ имеет вид
r
где  - разность несущих частот излучаемых радиоимпульсов, V - средняя доплеровская скорость помехи, с - скорость света. Скоростная характеристика такого типа имеет сжатый масштаб доплеровских скоростей, что снижает чувствительность устройства к доплеровскому смещению спектра движущейся коррелированной помехи. Недостатком этого устройства является его низкая эффективность.
Известно другое двухчастотное устройство СДЦ [2], являющееся более близким техническим решением к предлагаемому изобретению. Оно состоит из перемножителя, линии задержки, схемы вычитания и детектора. Это устройство выбрано в качестве прототипа.
Каждый частотный вход устройства подключен ко входам перемножителя, выход которого подключен ко входу линии задержки и первому входу схемы вычитания. Выход линии задержки соединен со вторым входом схемы вычитания, выход которой подключен через детектор к выходу устройства.
Устройство работает следующим образом.
Отраженные эхо-сигналы подаются на перемножитель, на выходе которого в результате нелинейного преобразования получается сигнал на промежуточной - разностной частоте, имеющий и разностную доплеровскую частоту. Этот сигнал подвергается череспериодной компенсации с помощью линии задержки и схемы вычитания, работающей на промежуточной частоте. Результат вычитания детектируется. Скоростная характеристика этого двухчастотного устройства также имеет сжатый масштаб доплеровских скоростей, т.е. малую чувствительность к доплеровскому смещению спектра движущейся коррелированной помехи, однако нелинейное преобразование сигналов разных частот в перемножителе на входе устройства СДЦ существенным образом сказывается на эффективности устройства из-за расширения спектра флюктуаций коррелированных помех. Кроме того, применение сложного зондирующего сигнала с внутриимпульсной модуляцией в двухчастотном режиме требует, чтобы фильтр сжатия в прототипе находился до системы СДЦ, так как указанное нелинейное преобразование разрушает внутриимпульсную модуляцию. Это ограничивает функциональные возможности устройства.
Целью изобретения является повышение эффективности двухчастотного устройства СДЦ. Поставленная цель достигается тем, что в двухчастотное устройство СДЦ, содержащее линию задержки, перемножитель, схему вычитания и детектор дополнительно введены линия задержки, перемножитель и детектор, а также два блока выделения разностной фазы и сумматор, при этом каждый частотный вход устройства соединен со входом линии задержки, первым входом блока выделения разностной фазы и первым входом перемножителя, выход линии задержки соединен со вторым входом блока выделения разностной фазы и первым входом схемы вычитания, второй вход которой подключен к выходу перемножителя, а выход - ко входу детектора, причем выход каждого данного блока выделения разностной фазы, связанного с соответствующим частотным входом устройства, соединен со вторым входом перемножителя, связанного с соответствующим другим частотным входом устройства, а выходы детекторов подключены к сумматору, выход которого является выходом устройства.
Изобретение будет понято из следующего описания и приложенных к нему чертежей. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2а и 2б - характеристики обнаружения прототипа и предлагаемого устройства. На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - перемножитель;
2 - линия задержки;
3 - схема вычитания;
4 - детектор;
5 - блок выделения разностной фазы;
6 - сумматор.
Предлагаемое устройство содержит по два перемножителя 1, линии задержки 2, схемы вычитания 3, детектора 4, блока выделения разностной фазы 5 и один сумматор 6. К каждому частотному входу подключены вход линии задержки 2, первый вход блока выделения разностной фазы 5 и первый вход перемножителя 1. Выход линии задержки 2 соединен со вторым входом блока выделения разностной фазы 5 и первым входом схемы вычитания 3. Выход перемножителя 1 подключен ко второму входу схемы вычитания 3, выход которой подключен ко входу детектора 4. Выход каждого данного блока выделения разностной фазы 5, связанного с соответствующим частотным входом, соединен со вторым входом перемножителя 1, связанного с соответствующим другим частотным входом. Выходы детекторов 4 подключены ко входам сумматора 6.
Устройство работает следующим образом. Отраженные эхо-сигналы, принятые на разных частотах, подаются на два частотных входа устройства СДЦ. Сигналы каждой частоты подвергаются векторной череспериодной компенсации с помощью линии задержки 2 и схемы вычитания 3. При этом один из сигналов, подаваемых на схему вычитания 3, работающую на одной частоте, корректируется по фазе с помощью перемножителя 1 по результатам вычисления доплеровского набега фазы за период повторения РЛС в блоке выделения разностной фазы 5, работающего на другой частоте. Результаты вычитания детектируются в 4 и суммируются в 6. Для нефлюктуирующей по амплитуде помехи при излучении двух зондирующих импульсов с временной расстановкой на Т одновременно на двух несущих частотах  и  отраженные эхо-сигналы будут иметь вид
где  - комплексные амплитуды, отраженных сигналов в i-том частотном канале j-того импульса.
В результате векторного вычитания (на промежуточной частоте двух квадратурных каналах) и коррекции получим
где  - вычисленные набеги фазы за период повторения РЛС в блоках выделения разностной фазы, которые соответственно равны
Не трудно видеть, что модуль скоростной характеристики на выходе каждого детектора получается вида  как у прототипа со сжатым масштабом доплеровских скоростей.
Таким образом, сохраняя двухчастотные свойства, предлагаемое устройство реализует череспериодное вычитание без нелинейного преобразования сигналов разных частот на входе. Важно подчеркнуть и то, что в предлагаемом устройстве выделение разностной фазы (нелинейная операция) и череспериодная компенсация (линейная операция) разделены. Это позволило повысить эффективность устройства и расширить его функциональные возможности. В предлагаемом устройстве фильтр сжатия сложного сигнала может стоять как до схемы вычитания, так и после нее. Вычисление доплеровской разности фаз может производиться различными методами, известными из теории и практики оценивания неизвестного случайного параметра. В частности, эффективно использование для этого метода оценки максимального правдоподобия. В этом случае алгоритм работы блоков выделения разностной фазы описывается следующими выражениями
где  означают операции взятия действительной и мнимой части, волнистая черта означает операцию усреднения (интегрирования) числителя и знаменателя по конечному числу независимых элементов N. Выборку из N элементов можно получить, используя для этого отраженные сигналы от N дискрет по дальности.
В качестве перемножителя может быть также использовано любое другое устройство, с помощью которого можно осуществить поворот вектора на определенный угол (при работе на промежуточной частоте - это может быть смеситель, на видео - фазовращатель и т.д.).
ЛТ
-1
-2
-3
Анализ эффективности предлагаемого устройства производился методом статистического моделирования на ЭЦВМ. Для этого формировалась модель двухимпульсной пачки помехи и сигнала для каждой частоты. Помеха рассматривалась движущаяся с доплеровским набегом фазы за период π/8 и межпериодным коэффициентом корреляции 0,99. Скорость цели задавалась оптимальной. Разнос частот между каналами составлял 9%. В блоках выделения разностной фазы усреднение оценки как производилось, так и нет. Характеристики обнаружения прототипа приведены на фиг. 2а для трех значений вероятности ложной тревоги Р=10, 10, 10. Характеристики обнаружения предлагаемого устройства приведены на фиг. 2б. Пунктирные кривые соответствуют варианту работы блоков выделения разностной фазы с усреднением оценки по восьми элементам разрешения по дальности. Сплошные кривые без усреднения. Как следует из приведенных характеристик обнаружения, выигрыш в пороговом сигнале у предлагаемого устройства по сравнению с прототипом достигает 6-8 дБ. Это говорит о том, что использование предлагаемого устройства позволит повысить эффективность обнаружения целей на фоне движущихся дипольных помех и метеообразований в двухчастотных РЛС.
Источники информации
1. Справочник по основам радиолокационной техники, под ред. Дружинина В.В., Воениздат, М., 1967 г., стр. 66.
2. Дракин Е.В., Фридман Ю.Г. Пороговые сигналы в двухчастотных когерентных системах. Вопросы специальной радиоэлектроники, сер. РЛТ, вып. 10, 1962 г., стр. 12, рис. 1.