Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов Р3
SIDELOBE SUPPRESSION DEVICE FOR PULSED COMPRESSION OF MULTIPHASE P3 CODES

Предлагаемое устройство относится к радиолокационным и гидролокационным системам с импульсным сжатием многофазных кодов, в которых с целью улучшения качества сжатия сигналов производится подавление боковых лепестков, возникающих в процессе сжатия.
В настоящее время в радиолокации и гидролокации широкое распространение приобрели фазо-кодированные импульсы на основе идеальных многофазных кодов Р3 и Р4 (Levanon N., Mozenson Е. Radar signals. - John Wiley & Sons, 2004). Эти коды формируются посредством соответствующей дискретной аппроксимации линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала и поэтому обладают основными его достоинствами: относительно небольшими боковыми лепестками апериодической автокорреляционной функции (ААКФ) и большей по сравнению с двоичными последовательностями, включая коды Баркера толерантностью к Доплеру. Известно, что максимальный уровень боковых лепестков относительно главного лепестка (PSL) для кодов Р3 и Р4 длины N составляет величину порядка -10lgN -6 дБ, что для многих приложений является недостаточным.
Проблема подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов Р3 и Р4 может быть решена различными способами и рассматривается, в частности, в российских (RU 2198465 С2, Н04В 7/26, 20.09.2002, RU 2236086 С2, Н04В 1/707, 20.01.2004, RU 2109401 С1, Н04В 1/62, 20.04.1998 и др.) и зарубежных (US 4507659 A, G01S 13/28, 26.03.1985) патентных документах.
Известно также устройство подавления боковых лепестков при сжатии кодов Р3 и Р4 длины N с помощью фильтра Woo, представляющего собой фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ),
соответственно равной разности (сумме) комплексно-сопряженных символов кода Р3 (Р4) и символов циклически сдвинутой на один разряд влево копии кода Р3 (Р4), обращенных во времени (W.K. Leeand H.D. Griffiths Pulse compression filter generating optimal uniform range sidelobe level. Electron. Lett., 1999, 35(11), pp. 873-875). При этом PSL уменьшается до значения -20lgN+2 дБ, а ширина главного лепестка увеличивается до 2τ, где τ - длительность элементарного символа кода. Потери сигнал/шум на выходе этого устройства составляют 3 дБ.
Различные модификации устройств на основе фильтров Woo описаны в работах W.K. Lee, H.D. Griffiths and R. Benjamin. Integrated sidelobe energy reduction technique using optimal polyphase code. Electronics Letters, 1999, vol. 35, No. 24, pp. 2090-2091 и Woo-Kyuing Lee and Hugh D. Griffiths. A New pulse compression technique generating optimal uniform range sidelobe and reducing sidelobe level. IEEE International radar conference, 2000, pp. 441-446.
Наиболее близким к предлагаемому решению является Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов (варианты), охарактеризованное в RU 2515768 C1, H03L 7/00, G01S 13/00, 20.05.2014. Устройство содержит соединенные по входу цифровой фильтр Woo для кода Р3 длины N и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0, 1,-1, выход которого соединен с первым входом сумматора, причем введены линия задержки на длительность одного кодового элемента τ и двухвходовый вычитатель, при этом выход фильтра Woo подключен к входу линии задержки и к первому входу вычитателя, второй вход которого подключен к выходу линии задержки, а выход соединен со вторым входом сумматора. Уменьшаемым и вычитаемым здесь соответственно являются сигналы с выходов линии задержки и фильтра Woo.
В результате достигается ограничение уровня боковых лепестков при сжатии кода Р3 четной длины и кода Р4 четной и нечетной длины до значения PSL=-30lgN+1.33 дБ для всех значений временных сдвигов (отсчетов), исключая двух ±N, в которых относительный уровень боковых лепестков равен -20lgN-6 дБ.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает подавление боковых лепестков для кода Р3 нечетной длины.
Технический результат данного изобретения заключается в ограничении уровня боковых лепестков при сжатии кода Р3 нечетной длины с измененным последним элементом до значения PSL=-30lgN+1.33 дБ. При этом потери сигнал/шум на выходе устройства составляют -1.7 дБ.
Указанный результат для кода Р3 длины N, где N - нечетно, достигается устройством подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N, содержащим соединенные по входу модифицированный цифровой фильтр Woo для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,…0, -1,1, выход которого соединен с первым входом сумматора, линию задержки на длительность одного кодового элемента и двухвходовый вычитатель, при этом выход фильтра Woo подключен к входу линии задержки и к первому входу вычитателя, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а второй вход вычитателя подключен к выходу линии задержки, отличающимся тем, что первый коэффициент импульсной характеристики модифицированного фильтра Woo изменен на 1 - exp(iπ/N), a (N+2)-мерный вектор коэффициентов фильтра формирователя цифрового корректирующего сигнала соответственно равен -1,1, 0,0,…0, -1,1, где .
Блок-схема предлагаемого устройства представлена на Фиг. 1.
На Фиг. 2 изображен нормированный сигнал на выходе устройства подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов Р3 длины N=1001.
Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов Р3 нечетной длины N содержит модифицированный цифровой фильтр Woo 1 для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала 4, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код 2 и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) 3 порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0, -1,1, сумматор 7, линию задержки 5 на длительность τ и двухвходовый вычитатель 6. Модификация фильтра Woo заключается в присвоении первому коэффициенту импульсной характеристики фильтра Woo значения 1 - exp(iπ/N). При этом на вход устройства поступает последовательность, образованная из циклически сдвинутого на один разряд влево кода Р3 нечетной длины, у которого последний элемент заменен на -1.
Устройство работает следующим образом.
Входная последовательность комплекснозначных отсчетов, представленная суммой значений их реальной и мнимой частей, поступает на вход цифрового модифицированного фильтра Woo 1 для кода Р3 и на вход формирователя комплекснозначного корректирующего сигнала 4. Сигнал с выхода фильтра Woo 1 поступает на первый вход вычитателя 6 и вход линии задержки 5, выход которой соединен со вторым входом вычитателя 6. В сумматоре 7 производится сложение корректирующего сигнала с выхода фильтра 3 и выходного сигнала вычитателя 6. В результате на выходе устройства реализуется сигнал, модуль которого в диапазоне [-N+1, N-1] совпадает с модулем автокорреляционной функцией сигнала, являющегося суммой кода Р4 длины N и его циклически сдвинутой на одну позицию влево копии, а на крайних сдвигах ±N его абсолютное значение равно 1 (соответствующий относительный уровень -20lgN -6 дБ). Тогда согласно E. Krengel. Autocorrelation Properties of Some Pulse Compression Codes Derived from P3 and P4 Codes. - Sequences and Their Applications (SETA 2012) - 7th International Conference, Waterloo, ON, Canada, June 4-8, 2012. Proceedings 2012 7280/2012, pp. 224-232, относительный уровень боковых лепестков сжатого выходного сигнала в диапазоне [-N+1, N-1] равен -30 lgN+1.33 дБ.
Предлагаемое изобретение может быть реализовано на соответствующей элементной базе по типовым технологиям.