УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛИЧЕНИЯ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
DEVICE FOR LINEAR FREQUENCY MODULATED SIGNAL DISCRIMINATION

Изобретение относится к приемникам импульсной информации и предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки /РТР/ и пассивных систем целеуказания /ПСЦУ/.
В основном изобретении по авт. свид. №1841016 /заявка №3102645 от 24.09.1984 г., кл. Н04В 1/10/ описано устройство для различения линейно-частотно-модулированных /ЛЧМ/ сигналов. Это устройство выполнено в виде последовательно соединенных автокоррелятора, первого порогового блока, ключа, преобразователя "интервал-код", первого регистра, первого делителя, второго порогового блока, второго регистра и первого блока совпадения, выход которого является выходом признака приема устройством ЛЧМ сигналам, и последовательно соединенных детектора огибающей, компаратора и одновибратора, а также последовательно соединенных генератора тактов, первого элемента задержки, реверсивного счетчика, второго блока совпадения, второго элемента задержки, RS-триггера, элемента И, сумматора, второго делителя и третьего регистра, а также третьего блока совпадения, при этом входы автокоррелятора и детектора огибающей соединены вместе и являются входом устройства различения, выход одновибратора соединен с входом сброса преобразователя ″интервал-код″ и управляющими входами второго делителя, генератора тактов и третьего регистра, управляющие входы первого делителя, первого и второго регистров, соединены между собой и подключены к первому входу реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с выходом ключа и вторым входом элемента И, третий вход - с управляющим входом ключа и с выходом компаратора, а выход - с вторым входом второго делителя и через третий блок совпадения с вторым входом RS-триггера, второй выход которого подключен к сбросовым входам генератора тактов, регистров и сумматора, первый вход которого соединен с вторым входом первого регистра, а второй вход - с выходом преобразователя ″интервал-код″, а выход третьего регистра соединен с вторым входом первого делителя.
Известное устройство использует для различения ЛЧМ сигналов алгоритм равенства соседних интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора путем сравнения каждого текущего интервала между нуль-переходами сигнала биений с средним значением интервала за время наблюдения и обладает высокой достоверностью различения ЛЧМ сигналов. Однако при решении задач идентификации сигналов, опознавания типа РЛС и его носителя пассивными системами РТР и для организации эффективного радиопротиводействия не всегда достаточно знать лишь вид внутриимпульсной модуляции сигналов. На современном театре военных действий большинство РЛС используют ЛЧМ сигналы. В этих условиях по виду внутриимпульсной модуляции сигналов трудно различить РЛС друг от друга. Поэтому эффективность решения задач идентификации и опознавания при использовании известного устройства низкая, что является его недостатком.
Предлагаемое техническое решение направлено на усовершенствование известного устройства с целью повышения его эффективности путем измерения дополнительного параметра внутриимпульсной модуляции ЛЧМ сигнала при его различении. Таким параметром является скорость перестройки частоты ЛЧМ сигнала /крутизна ЛЧМ сигнала/, которая у различных РЛС, использующих ЛЧМ сигналы, разная, поэтому определение крутизны ЛЧМ сигнала повышает эффективность устройства в части решения задач идентификации и опознавания, а также с целью организации эффективного радиопротиводействия.
з
Используемый в известной устройстве алгоритм различения ЛЧМ сигналов путем сравнения текущих интервалов между импульсами нуль-переходов сигнала биений по выходу автокоррелятора со средним значением интервала за время наблюдения позволяет легко определить крутизну ЛЧМ сигнала, так как среднее значение интервала между соседними импульсами нуль-переходов по выходу автокоррелятора при фиксированном времени задержки τ в цепи автокоррелятора однозначно определяет крутизну ЛЧМ сигнала. Рассмотрим это подробнее.
Известно, что сигнал биений на выходе автокоррелятора при воздействии на его вход ЛЧМ сигнала представляет собой гармоническое колебание с постоянной частотой:
б
з
f=V·τ,
б
где f - частота сигнала биений;
V - крутизна /скорость перестройки/ ЛЧМ сигнала;
з
τ - время задержки в цепи автокоррелятора.
б
ср
Решим это уравнение относительно крутизны ЛЧМ сигнала, выразив частоту сигнала биений f через средний интервал Т между двумя соседними импульсами нуль-переходов сигнала биений:
<mrow><msub><mi>f</mi><mi>б</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>Т</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>f</mi><mi>б</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>Т</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
, тогда
.
ср
з
Из последнего выражения видно, что значение среднего интервала Т между соседними импульсами нуль-переходов на выходе автокоррелятора однозначно определяет крутизну ЛЧМ сигнала, так как время задержки в цепи автокоррелятора является величиной известной и постоянной /τ=const/.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности известного устройства путем измерения крутизны ЛЧМ сигнала.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для различения ЛЧМ сигналов по авт. свид. №1841016 от 24.09.1984 г.,  кл. Н04В 1/10, дополнительно введены блок постоянного запоминающего устройства /ПЗУ/ и соединенные последовательно третий блок деления и второй ключ, управляющий вход которого соединен с выходом первого блока совпадения, при этом выход блока ПЗУ соединен с первым входом третьего блока деления, второй вход которого соединен с выходом третьего регистра, а выход второго ключа является выходом устройства информации о крутизне ЛЧМ сигнала.
Таким образом, введение в устройство новых элементов /блок ПЗУ, третий блок деления, второй ключ/ и связей между ними позволило получить новый эффект - измерение крутизны ЛЧМ сигнала.
Использование предлагаемого устройства в станциях РТР и ПСЦУ позволит улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типа РЛС и его носителя, повысить эффективность организации радиопротиводействия.
Автору не известны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предложенного технического решения.
На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного устройства.
Устройство состоит из автокоррелятора 1, детектора огибающей 2, порогового блока 3, компаратора 4, ключа 5, одновибратора 6, преобразователя ″интервал-код″ 7, элемента И 8, сумматора 9, триггера 10, элемента-задержки 11, блоков совпадения 12, 13, реверсивного счетчика 14, делителя 15, регистра 16, генератора тактов 17, элемента задержки 18, делителя 19, регистра 20, порогового блока 21, регистра 22, блока совпадения 23, делителя 24, блока ПЗУ 25 и ключа 26.
Автокоррелятор 1, пороговый блок 3, ключ 5, преобразователь ″интервал-код″ 7, регистр 16, блок делителя 19, второй пороговый блок 21, второй регистр 22 и блок совпадения 23 соединены последовательно. Выход блока совпадения 23 является выходом признака различения устройства ЛЧМ сигнала. Выход ключа 5 соединен также с входом элемента И 8 и суммирующим входом реверсивного счетчика 14. Выход преобразователя ″интервал-код″ 7 через последовательно соединенные сумматор 9, второй блок деления 15, третий регистр 20 подключен к второму входу первого блока деления 19. Выход элемента И 8 соединен с управляющими входами первого регистра 16 и сумматора 9, а второй вход элемента И 8 подключен к выходу триггера 10, второй выход которого соединен с сбросовыми входами сумматора 9, первого, второго и третьего регистров 16, 20, 22 и с входом срыва генерации генератора тактов 17. Выход генератора тактов 17 через элемент задержки 18 соединен с управляющими входами первого блока деления 19, второго регистра 22, со считывающим входом первого регистра 16 и с вычитающим входом реверсивного счетчика 14, выход которого соединен с вторым входом второго блока деления 15, а также через второй элемент совпадения 12 и второй элемент задержки 11 с первым входом триггера 10, а через третий элемент совпадения 13 выход реверсивного счетчика 14 соединен с вторым входом триггера 10. Выход третьего регистра 20 соединен с первым входом третьего блока деления 24, второй вход которого подключен к выходу блока ПЗУ 25, а выход блока деления 24 соединен с входом второго ключа 26, управляющий вход которого соединен с выходом блока совпадения 23. Выход второго ключа 26 является выходом устройства информации о скорости перестройки частоты различаемого ЛЧМ сигнала. При этом соединенные вместе входы автокоррелятора 1 и детектора огибающей 2 являются входом устройства, а к выходу детектора огибающей 2 подключены последовательно соединенные компаратор 4 и одновибратор 6. Выход компаратора 4 соединен с управляющим входом клюза 5 и с установочным входом реверсивного счетчика 14, а выход одновибратора 6 соединен со сбросовым входом преобразователя ″интервал-код″ 7, управляющими входами второго блока деления 15 и третьего регистра 20, а также с входом запуска генератора тактов 17.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства.
На вход устройства поступает сигнал с линейной частотной модуляцией. Отклик автокоррелятора на такой сигнал представляет собой сигнал биений в виде гармонического колебания с постоянной частотой. Пороговый элемент 3 формирует короткие импульсы нуль-переходов в момент перехода сигнала биений через нуль, которые через ключ 5 поступают на вход преобразователя ″интервал-код″ 7, который осуществляет последовательное преобразование текущих интервалов между импульсами нуль-переходов в многоразрядный параллельный код.
С выхода преобразователи ″интервал-код″ 7 значение длительности интервалов между импульсами нуль-переходов в виде кодов поступают на регистр памяти 16, где значения текущих интервалов последовательно записываются в его ячейки для хранения информации, и на вход сумматора 9, где все значения текущих интервалов суммируются.
При числе импульсов нуль-переходов N число интервалов между ними N-1, а запись текущего значения интервала в регистр 16 и сумматор 9 производится, каждым последующим импульсом нуль-переходов, начиная со второго. Для этого служат реверсивный счетчик 14, элементы совпадения 12, 13, элемент задержки 11, триггер 10, и элемент И 8.
При поступлении на вход устройства сигнала детектора 2 выделает огибающую входного сигнала, компаратор 4 нормирует ее для согласования с уровнем цифровых устройств. Он выдает огибающую входного сигнала в виде строба, который открывает ключ 5 на время воздействия входного сигнала, а также своим передним фронтом устанавливает реверсивный счетчик в состояние минус единица, для чего такое состояние предварительно записывается в счетчик в качестве исходного. При этом срабатывает элемент совпадения 13, который настроен на значение входного кода минус единица, и устанавливает триггер 10 в положение, запрещающее прохождение импульсов нуль-переходов с выхода ключа 5 через элемент И 8. Одновременно с этим импульс с выхода триггера обнуляет сумматор 9, регистры 16, 20, 22 и генератор тактов 17.
При появлении импульсов нуль-переходов с выхода ключа 5 они поступают также на суммирующий вход реверсивного счетчика 14. Первый из пачки импульсов переводит его в нулевое состояние. Импульс по выходу элемента совпадения 13 пропадает, но срабатывает элемент совпадения 12, который настроен на значение входного кода, соответствующего нулевому состоянию счетчика 14. С выхода элемента совпадения 12 этот импульс через элемент задержки 11 перебрасывает триггер 10 в положение, разрешающее прохождение импульсов нуль-переходов через элемент И 8 и подготавливающее к работе все цифровые элементы устройства. Длительность задержки линии 11 выбирается больше длительности импульса нуль-переходов, чтобы первый из пачки этих импульсов не прошел на выход элемента И 8 и не привел к ложной записи в сумматор 9 и регистр 16.
При поступлении второго импульса пачки преобразователь ″интервал-код″ 7 выдает значение интервала от первого до второго импульса нуль-перехода. Второй импульс нуль-перехода через уже открытый элемент И 8 выдает команду на запись этого интервала в сумматор 9 и в ячейку памяти регистра 16. Третий импульс пачки вновь дает команду на суммирование текущего интервала от второго до третьего импульса нуль-переходов с записанным в сумматоре 9 значением предыдущего интервала и на запись в следующую ячейку памяти регистра 16 нового значения текущего интервала и т.д. То есть сумматор 9 суммирует все значения текущих интервалов, а регистр 16 хранит все последовательно записанные интервалы между импульсами нуль-переходов в стробе выходного сигнала.
ср
После окончания входного сигнала задним фронтом строба по выходу компаратора 4 запускается одновибратор 6, который обнуляет преобразователь ″интервал-код″ 7 и выдает команду на выполнение операции деления в блоке деления 15. Этот блок делит значение суммарного интервала от первого до последнего импульса нуль-переходов в пачке строба, поступающего на вход делимого с выхода сумматора 9, на число текущих интервалов N-1, поступающего на второй вход с выхода реверсивного счетчика 14. В результате деления получаем среднее значение длительности интервала Т между импульсами нуль-переходов в пачке, которое записывается в регистр памяти 20 задним фронтом импульса, по выходу одновибратора 6.
ср
з
ср
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
С выхода регистра 20 среднее значение длительности интервала Т поступает на входы первого и третьего блоков деления 19, 24. На второй вход блока деления 24 поступает код постоянной константы
, которая предварительно записывается в блок ПЗУ 25 в зависимости от времени задержки в цепи автокоррелятора τ, которое для каждого конкретного устройства может быть разным, но постоянным. Блок деления 24 выполняет операции деления записанной в блоке ПЗУ 25 константы
на среднее значение длительности интервала Т, поступающего с выхода регистра 20, т.е. выполняет операцию
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>τ</mi><mi>з</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>Т</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>V</mi></mrow>
Таким образом, на выходе блока деления 24 будет измеренное значение крутизны ЛЧМ сигнала, которое через ключ 26 поступает на выход устройства.
ср
Задним фронтом импульса по выходу одновибратора 6 запускается также генератор тактов 17, с выхода которого через элемент задержки 18 тактовые импульсы поступают на считывающий вход регистра памяти 16 и управляющие входы второго блока деления 19 и регистра 22. В регистре 16 тактовые импульсы последовательно считывают значения хранимых величин текущих интервалов, которые поступают на вход делимого блока деления 19. По командам тактовых импульсов с выхода элемента задержки 18 в блоке деления 19 производится операция деления каждого из текущих случайных интервалов на его вреднее значение в пределах данного строба входного сигнала, поступающего с выхода регистра 20. Результат деления испытывается на порог в пороговом элементе 21 и этими же тактовыми импульсами последовательно записываются в регистр 22, по выходу которого установлен элемент совпадения 23. При наличии на его входе трех и более единиц подряд (единица соответствует отклонению текущего интервала от среднего значения на величину, не прерывающую установленного в пороговом элементе 21 допуска на результат деления в блоке 19, т.е. равенству текущего интервала и среднего интервала Т) по выходу элемента совпадения 23 формируется признак приема ЛЧМ сигнала, который поступает на выход устройства, а также на управляющий вход ключа 26, разрешая выдачу информации о скорости перестройки частоты различаемого ЛЧМ сигнала. При отсутствии признака приема ЛЧМ сигнала такая информация на выходе ключа 26 будет отсутствовать.
Период повторения импульсов по выходу тактового генератора 17 равен времени проведения операции деления в блоке деления 19. Элемент задержки 18 (длительность задержки определяется временем считывания информации с ячеек памяти регистра 16) необходим для проведения операции деления в блоке деления 19 лишь после поступления на его вход значений текущих интервалов с выхода регистра 16.
С выхода элемента задержки 18 тактовые импульсы поступают также на вычитающий вход реверсивного счетчика 14. После поступления с выхода генератора тактов N-1 импульсов в блоке деления 19 произойдет сравнение последнего из записанных в регистре 16 интервалов с его средним значением, и результат сравнения запишется в регистре 22. При этом реверсивный счетчик 14 установится в нулевое состояние. Следующий тактовый импульс переведет счетчик 14 в состояние минус единица и сработает элемент совпадения 13, который вновь перебросит триггер 10. Импульс выхода триггера обнуляет сумматор 9, регистры 16, 20, 22. Этот же импульс сорвет генерацию генератора тактов 17. Элемент И 8 вновь будет закрыт для первого импульса нуль-переходов новой пачки и устройство переходит в исходное состояние.
При обработке ФМ и других видов сигналов временное расстояние между соседними импульсами нуль-переходов отклика автокоррелятора не одинаковое и последовательность трех и более единиц на входе элемента совпадения 23 будет отсутствовать. Устройство не формирует признак приема ЛЧМ сигнала и не выдает информацию о скорости перестройки частоты.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники.
Использование предлагаемого устройства в станциях РТР в ПСЦУ позволяет улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типа РЛС и его носителя, улучшить организацию эффективного радиопротиводействия.