УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛИЧЕНИЯ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
DEVICE FOR DISTINGUISHING CHIRP SIGNALS

Предлагаемое устройство для различения ЛЧМ сигналов относится к приемникам импульсной информации и предназначено для использования в станциях радиотехнической разведки и в пассивных системах целеуказания.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840896, заявка №2206387 от 5.07.1976 г., в котором используются отдельные каналы обработки ЛЧМ и ФМ сигналов. Каждый канал содержит автокорреляторы, в состав которых входят линии задержки, перемножители и фильтры. Принцип действия устройства основан на различии форм откликов автокоррелятора на сигналы с различными видами внутриимпульсной модуляции. Для различия ЛЧМ сигналов используется информация о биполярности напряжения сигнала биений по выходу автокоррелятора. В данном устройстве чувствительность канала обработки ФМ сигнала на 5-7 дБ ниже чувствительности канала обработки ЛЧМ сигнала. При работе устройства в динамическом диапазоне входных сигналов это приводит к тому, что ФМ сигналы, уровень которых на 5-7 дБ ниже чувствительности канала обработки ФМ сигналов, воспринимаются как ЛЧМ сигналы из-за отсутствия импульса бланкирования, формируемого каналом обработки ФМ сигналом. Т.е. на начальном участке динамического диапазона устройство имеет низкую достоверность различения сигналов по выходу "ЛЧМ".
В качестве второго аналога рассмотрим устройство, в котором для различения ЛЧМ сигналов используется алгоритм равенства временных интервалов между нуль-переходами сигнала биений отклика автокоррелятора на ЛЧМ сигнал. Такой способ обработки приводит к повышению достоверности различения ЛЧМ сигналов, т.к. временные интервалы между нуль-переходами откликов автокоррелятора на ФМ и другие виды сигналов не являются одинаковыми и ложная информация на выходе ЛЧМ устройства отсутствует. В данном устройстве сравнение интервалов производится путем деления каждого последующего интервала на предыдущий. При обработке сигналов в устройстве присутствуют аддитивные шумы: внутренние шумы приемного устройства и внешние помехи. Вследствие этого моменты формирования импульсов нуль-переходов сигнала биений, следовательно, и длительности временных интервалов между ними носят случайный характер.
В рассматриваемом устройстве при сравнении интервалов используется операция их деления, т.е. производится деление двух случайных чисел. Результат деления также является случайным числом. Дисперсия частотного, влияющая на характер различения сигналов, зависит от отношения сигнал/помеха (с/п). При достаточно больших отношениях с/п на выходе автокоррелятора (с/п≥15 дБ), используемый алгоритм позволяет получить высокие вероятности (P>0,9) различения ЛЧМ сигналов. При небольших отношениях с/п (с/п<10 дБ) дисперсия частотного существенно возрастает, а достоверность различения ЛЧМ сигналов становится низкой, что является недостатком устройства.
В качестве третьего аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1841012, заявка №3062966/09 от 4.04.1983 г., в котором алгоритм различения простого (однонаправленного) ЛЧМ сигнала не отличается от указанного во втором аналоге. Поэтому данному устройству присущи недостатки второго аналога.
Из известных рассмотренных устройств второй и третий аналог близки по технической сущности к предлагаемому устройству.
В качестве прототипа выбираем устройство, содержащее последовательно включенные атокоррелятор, первый пороговый элемент, ключ, преобразователь интервал-код, первый регистр, блок деления, второй пороговый элемент, второй регистр, блок совпадения, а также содержит последовательно включенные детектор огибающей, компаратор и одновибратор, выход которого соединен со входами сброса информации преобразователя интервал-код, первого и второго регистров, а выход компаратора соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен также с управляющими входами регистров и блока деления; при этом выход преобразователя интервал-код соединен также со вторым вводом блока деления, а входы автокоррелятора и детектора огибающей соединены вместе и являются входом устройства, а выход блока совпадения является выходом устройства различения.
Как отмечалось выше, недостатком известного устройства является необходимость обеспечения достаточно больших отношений сигнал/помеха (с с/п≥15 дБ) для получения высокой достоверности различения ЛЧМ сигналов, что приводит к потерям чувствительности устройства.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных выше недостатков известного устройства.
Целью настоящего изобретения является повышение чувствительности устройства при обеспечении высокой достоверности различения ЛЧМ сигналов.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные автокоррелятор, первый пороговый элемент, ключ, преобразователь интервал-код, первый регистр, первый блок деления, второй пороговый элемент, второй регистр, элемент совпадения, а также последовательно соединенные детектор огибающей, компаратор и одновибратор, причем управляющие входы первого блока деления и второго регистра соединены вместе, выход компаратора подключен к управляющему входу ключа, а выход одновибратора соединен со входом обнуления преобразователя интервал-код, при этом соединенные между собой входы автокоррелятора и детектора огибающей являются входом устройства различения, а выход первого элемента совпадения является выходом устройства, введены последовательно включенные сумматор, второй блок деления, третий регистр, а также элемент И, реверсивный счетчик, два элемента совпадения, две линии задержки, RS-триггер и генератор тактов, причем выход ключа соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика и со входом элемента И, у которого выход соединен с управляющими входами сумматора и первого регистра, а второй вход элемента И подключен к выходу RS-триггера, который также соединен со входами обнуления сумматора, первого, второго и третьего регистра, а также со входом срыва генерации генератора тактов, выход которого соединен со считывающим входом первого регистра и через первую линию задержки подключен к управляющему входу первого блока деления и к разностному входу реверсивного счетчика, причем выход реверсивного счетчика соединен со вторым входом второго блока деления, а также через второй элемент совпадения и вторую линию задержки выход реверсивного счетчика соединен с первым входом RS-триггера, а через третий элемент совпадения с его вторым входом, при этом выход преобразователя интервал-код подключен также ко входу сумматора, выход одновибратора соединен также с управляющими входами второго блока деления, третьего регистра и со входом запуска генератора тактов, выход третьего регистра соединен со вторым входом первого блока деления, а выход компаратора подключен также к установочному входу реверсивного счетчика.
Таким образом, введение в устройство новых элементов и связей позволило получить новый эффект - повышение чувствительности устройства при обеспечении высокой достоверности, различения ЛЧМ сигналов. Новые элементы (сумматор, реверсивный счетчик, третий регистр, второй блок деления, элемент И, второй и третий элементы совпадения, две линии задержки, RS-триггер, генератор тактов) и связи позволили реализовать новый алгоритм обработки. Сравнение интервалов в устройстве различения ЛЧМ сигналов производится путем деления каждого интервала на постоянную величину, которая представляет собой среднее значение интервала за время наблюдения. Дисперсия частотного в данном алгоритме примерно в 2 раза меньше по сравнению с дисперсией частотного при делении двух случайных величин (алгоритм работы прототипа). При этом чувствительность устройства повышается на 4-6 дБ и обеспечивается высокая достоверность различения ЛЧМ сигналов. Авторам не известны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предложенного технического решения.
Использование предлагаемого устройства в станциях радиотехнической разведки и пассивных системах целеуказания позволяет улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типа РЛС и его носителя.
На Фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из автокоррелятора 1, детектора огибающей 2, порогового элемента 3, компаратора 4, ключа 5, одновибратора 6, преобразователя интервал-код 7, элемента И 8, сумматора 9, RS-триггера 10, линии задержки 11, элементов совпадения 12, 13, реверсивного счетчика 14, блока деления 15, регистра 16, генератора тактов 17, линии задержки 18, блока деления 19, регистра 20, порогового элемента 21, регистра 22 и элемента совпадения 23.
Автокоррелятор 1, пороговый элемент 3, ключ 5, преобразователь интервал-код 7, регистр 16, блок деления 19, второй пороговый элемент 21, второй регистр 22 и элемент совпадения 23 соединены последовательно. Выход элемента совпадения 23 является выходом устройства. Выход ключа 5 соединен также со входом элемента И 8 и суммирующим входом реверсивного счетчика 14. Выход преобразователя интервал-код 7, через последовательно соединенные сумматор 9, второй блок деления 15 и третий регистр 20 подключен также ко 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 RS-триггера 10, который соединен также со входами обнуления сумматора 9, первого, второго и третьего регистров 16, 20, 22 и со входом срыва генерации генератора тактов 17.
Выход генератора тактов 17 соединен со считывающим входом первого регистра 16, а также через линию задержки 18 соединен с управляющими входами первого блока деления 19, второго регистра 22, и с разностным входом реверсивного счетчика 14, выход которого соединен со вторым входом второго блока деления 15, а также через второй элемент совпадения 12 и вторую линию задержки 11 со входом R RS-триггера 10, а через третий элемент совпадения 13 выход реверсивного счетчика 14 соединен со входом S RS-триггера 10. 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, причем выход компаратора 4 соединен с управляющим входом ключа 5 и с установочным входам реверсивного счетчика 14, а выход одновибратора 6 соединен со входом обнуления преобразователя интервал-код 7, управляющими входами второго блока деления 15 и третьего регистра 20, а также со входом запуска генератора тактов 17. Отметим, что связи в виде многоразрядного параллельного кода на фиг. 1 изображены двойной линией.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства.
На вход устройства поступает сигнал с линейной частотной модуляцией. Отклик автокоррелятора 1 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. Импульсы нуль-переходов через ключ 5 поступают на вход преобразователя интервал-код 7. Преобразователь интервал-код 7 осуществляет последовательное преобразование текущих интервалов между импульсами нуль-переходов в многоразрядный параллельный код. Число разрядов зависит от максимально возможной длительности интервала и требуемой точности измерения его длительности. В свою очередь длительность интервалов зависит от времени задержки в цепи автокоррелятора. Для реальных сигналов при времени задержки в цепи автокоррелятора порядка 0,5-1 мксек достаточно иметь 6-7 разрядов.
С выхода преобразователя интервал-код 7 значение длительности интервалов между импульсами нуль-переходов в виде кода поступают на регистр памяти 16 и сумматор 9. В регистре 16 последовательно запоминаются все значения текущих интервалов, а в сумматоре 9 все их значения суммируются.
При числе импульсов нуль-переходов N число интервалов между ними N-1, а запись текущего значения интервала в регистр памяти 16 и сумматор 9 производится каждым последующим импульсом нуль-переходов, начиная со второго. Для выделения второго и каждого последующего импульса нуль-переходов служит ревесивный счетчик 14, элементы совпадения 12, 13 линия задержки 11, RS-триггер 10 и элемент И 8.
При поступлении на вход устройства сигнала детектор огибающей 2 выделяет огибающую входного сигнала, а 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 RS-триггер в положение, запрещающее прохождение импульсов нуль-переходов с выхода ключа 5 через элемент И 8. Одновременно с этим импульс с выхода RS-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 линию задержки 11 перебрасывает RS-триггер 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 сумматора 9 и регистра 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 и интервала в сумматор 9 и ячейку регистра памяти 16. Третий импульс пачки вновь дает команду на суммирование текущего интервала от второго до третьего импульса нуль-перехода с записанным в сумматоре 9 значением предыдущего интервала и на запись в следующую ячейку регистра памяти 16 нового значения текущего интервала и т.д. То есть сумматор 9 суммирует все значения текущих интервалов, а регистр памяти 16 записывает и хранит все значения последовательности интервалов между импульсами нуль-переходов в стробе входного сигнала.
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 между импульсами нуль-переходов в пачке, которое записывается в регистр памяти 20 задним фронтом импульса по выходу одновибратора 6. Длительность импульса по выходу одновибратора 6 больше времени проведения операции деления в блоке деления 15, поэтому в регистре памяти 20 будет храниться постоянная величина средней длительности интервала между импульсами нуль-переходов отклика автокоррелятора, поступающая на вход делителя блока деления 19.
Задним фронтом импульса по выходу одновибратора 6 запускается также генератор тактов 17, с выхода которого тактовые импульсы поступают на считывающий вход регистра памяти 16 и через линию задержки 18 на управляющие входы второго блока деления 19 и регистра 22. В регистре памяти 16 тактовые импульсы последовательно с каждой ячейки считывают значения хранимых величин текущих интервалов, которые поступают на вход делимого блока деления 19. По командам тактовых импульсов с выхода линии задержки 18 в блоке деления 19 производится операция деления каждого из текущих случайных интервалов на его среднее значение в пределах данного строба входного сигнала. Результат деления испытывается на порог в пороговом элементе 21 и этими же тактовыми импульсами последовательно записывается в регистр 22, по выходу которого остановлен элемент совпадения 23. При наличии на его входе трех и более единиц подряд (единица соответствует отклонению текущего интервала от среднего значения на величину, не превышающую установленного пороговым элементом 21 допуска на результат сравнения в блоке деления 19) по выходу элемента совпадения 23 формируется признак приема ЛЧМ сигнала.
Период повторения импульсов по выходу тактового генератора 17 равен времени проведения операции деления в блоке деления 19. Линия задержки 18 (длительность задержки определяется временем считывания информации с ячеек памяти регистра 16) необходима для проведения операции деления в блоке деления 19 лишь после поступления на его вход значений текущих интервалов с выхода регистра памяти 16.
С выхода линии задержки 18 тактовые импульсы поступают также на вычитающий вход реверсивного счетчика 14. После поступления с выхода генераторов тактов N-1 импульсов в блоке деления 19 произойдет сравнение последнего из текущих интервалов между импульсами нуль-переходов в стробе входного сигнала 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 RS-триггер 10. Импульс с выхода RS-триггера 10 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 следующей пачки и устройство переходит в исходное состояние.
При обработке ФМ и других видов сигналов временное расстояние между импульсами нуль-переходов отклика автокоррелятора не одинаковое, и последовательность трех и более единиц на входе элемента совпадения 23 (выбирается, в зависимости от заданной статистической надежности различения) будет отсутствовать.
Устройство не формирует признак приема ЛЧМ сигнала.
Все узлы предлагаемого устройства выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники на микросхемах серий 100, 133.
Таким образом в предлагаемом устройстве реализуется новый алгоритм обработки ЛЧМ сигнала автокорреляционным различителем - сравнение интервалов путем деления каждого случайного интервала на среднее значение интервала. При этом на 4-6 дБ повышается чувствительность устройства при обеспечении высокой достоверности различения ЛЧМ сигналов.
Использование предлагаемого устройства в станциях радиотехнической разведки и пассивных системах целеуказания позволяет улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность опознавания типа РЛС и его носителя.