СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ ПРИ АПРИОРНОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИХ ПАРАМЕТРОВ
METHOD FOR DETECTING SIGNALS AT EXPECTED UNCERTAINTY OF THEIR PARAMETERS

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке систем мониторинга источников излучения в диапазоне декаметровых волн (ДКМВ) при отсутствии априорной информации о сигналах.
Одной из важных проблем современной радиоэлектроники является обеспечение мониторинга источников излучения декаметрового диапазона. Большая длительность трассы распространения (более 1000 км) приводит к существенному ослаблению принятых сигналов [1,2]. Мониторинг источников излучения диапазона ДКМВ существенно усложняется в условиях априори неизвестных параметров принимаемого сигнала и большой скрытности его, так как предполагается, что источник излучения для обеспечения требуемой энергетики радиолинии применяет шумоподобные сигналы с большой базой. В случае известной кодовой последовательности последующая корреляционная обработка может существенно поднять уровень сигнала над шумом [2,4]. Однако, как уже отмечалось, исходная информация о кодовой последовательности отсутствует, что не позволяет применять корреляционную обработку сигнала.
Задача особенно усложняется, если потенциальный противник осуществляет в процессе работы источника своего излучения динамическое перепрограммирование кодовой последовательности, что характерно для условий радиопротиводействия (РПД) и радиоэлектронной борьбы (РЭБ).
Существует способ обнаружения сигнала известного точно, включающий узкополосную оптимальную фильтрацию входного сигнала, представляющего собой узкополосный шум и смесь полезного сигнала и узкополосного шума, в котором после узкополосной оптимальной фильтрации осуществляют преобразование структуры узкополосного шума из структуры биений в структуру амплитудно-модулированного сигнала с несущей, путем изменения фазы высокочастотной составляющей сигнала [3].
Недостатком известного способа является необходимость получения априорной информации о параметрах принимаемого сигнала.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обнаружения радиосигналов [4], в котором после вторичной обработки сигнала получаются радиоимпульсы, ширина спектральной плотности которых меньше ширины спектральной плотности элемента последовательности в число элементов всей последовательности N. Это достигается деманипуляцией фазы сигнала за счет применения квадратичного детектора. Соответственно увеличивается длительность радиоимпульса на выходе оконечного фильтра.
Недостатком способа-прототипа являются большие флуктуационные уровни сигналов (феддиговый эффект), обусловленные интерференцией радиоволн, отраженных от разных непредсказуемых областей ионосферы.
Задача изобретения - повышение чувствительности способа обнаружения сигналов и существенное уменьшение флуктуаций уровней сигналов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, включающем прием, фильтрацию, детектирование, интеграцию и сравнение с пороговым уровнем, согласно изобретению перед интеграцией производят преобразование группового сигнала при помощи первого смесителя, смешивая его с сигналом гетеродина, производят фильтрацию и усиление группового сигнала промежуточной частоты, преобразуют групповой сигнал промежуточной частоты, смешивая его с групповым усиленным сигналом после предварительной фильтрации и усиления, при помощи второго смесителя результирующий групповой сигнал подвергают узкополосной фильтрации, детектируют по амплитуде и подают на вход интегратора.
На фиг 1 представлена схема устройства для осуществления способа обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, содержащая антенный вход 1, входной полосовой фильтр 2, первый преобразователь частоты 3, полосовой фильтр (ПФ) промежуточной частоты (ПЧ) 4, второй преобразователь частоты 5, узкополосный фильтр 6, амплитудный детектор (АД) 7, пороговое устройство 8, АРУ 9, гетеродин 10, управляемый усилитель 11, развязывающий усилитель 12, выход устройства 13.
Предлагаемый способ обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров работает следующим образом. Сигнал с антенного входа 1 поступает на входной полосовой фильтр 2, полоса пропускания которого рассчитана на весь диапазон декаметровых волн (3-30 МГц). Далее сигнал с выхода первого преобразователя частоты снимается на полосовой фильтр 4, который настроен на суммарную или разностную частоту в зависимости от условий работы схемы.
Уровень сигнала с гетеродина 10 для обеспечения нормировки выходного сигнала и снижения величины флуктуации, характерные диапазону ДКМВ, регулируется схемой АРУ 9. Таким образом, управляемый усилитель 11 регулирует уровень напряжения гетеродина, подаваемого на первый преобразователь частоты 3. На второй преобразователь частоты 5 подаются два сигнала с ПФ 4 и с развязывающего усилителя 12. На выходе второго преобразователя 5 имеем сигнал частоты гетеродина, длительность которого равна длительности всей деманипулированной последовательности. Это позволяет существенно обузить полосу пропускания, требуемую для прохождения деманипулированного сигнала относительно ширины полосы пропускания, которая обеспечивает прохождение отдельных элементов последовательности. Сигнал частоты гетеродина подается на вход узкополосного фильтра 6. Это позволяет существенно улучшить отношение сигнал/шум. Сигнал с фильтра 6 поступает на амплитудный детектор АД 7. После АД 7 сигнал подается на пороговое устройство 8, выход которого обеспечивает мониторинг слабого сигнала на входе 1. Решение о приеме или отсутствии входного сигнала принимается в выходном устройстве 13.
ф
Схема устройства для реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1 и отличается тем, что с целью существенного уменьшения флуктуаций сигналов происходит управление уровнем сигнала гетеродина 10. Для этого схема АРУ 9 имеет большую постоянную времени τ>10 с, так как флуктуации носят относительно медленный характер (примерный период флуктуаций 5-10 с). Схема АРУ 9 для управления уровнем сигнала гетеродина 15 практически осуществляет нормирование сигнала на выходе устройства.
Предлагаемый способ обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров состоит в нетрадиционном построении радиоприемного тракта, который позволяет обеспечить функционирование системы обнаружения независимо от вида используемого кода излучаемой последовательности с результатом, аналогичным корреляционной обработке сигнала. Отличие предлагаемого способа от прототипа [4] состоит в том, что используется схема деманипуляции ФМн или ЧМн последовательности. Это обеспечивается применением схемы подстановки частоты гетеродина 10. Применение высокостабильных кварцевых генераторов способствует существенному улучшению качества работы гетеродина.
Рассмотрим доказательство предлагаемого способа. Пусть на антенный вход приемного тракта системы поступает ФМн сигнал в виде
µ
m
H
µ
Г
где для каждого µ значение q может принимать величины 0 или 1 в зависимости от конкретного вида псевдослучайной последовательности (ПСП), функция 1(t) - единичный скачок, N - число элементов последовательности, U - амплитуда сигнала, принятого на антенный вход,  ω - частота ВЧ-заполнения радиоимпульсов последовательности, ψ - начальная фаза ВЧ-заполнения при q=0, τ - длительность элемента последовательности, длительность всей последовательности равна N.
Запишем сигнал гетеродина
Г
Г
Г
Г
Г
где Ф=ωt+ψ, ω и ψ - частота и начальная фаза гетеродина соответственно.
В качестве преобразователей частоты рассмотрим безынерционные перемножители сигналов. Тогда на первый преобразователь частоты поступают сигналы с антенного входа и гетеродина:
Фильтр промежуточной частоты выделяет верхнюю или нижнюю составляющую частоты в зависимости от условий работы схемы на выходе первого преобразователя, т.е.
Для второго преобразования частоты используются сигналы после первого преобразования частоты и снимаемый с антенного входа. Тогда сигнал на выходе второго ПЧ запишем в форме:
Сумма
т.е. описывает прямоугольный радиоимпульс длительностью Nτ.
Тогда учитывая, что узкополосный фильтр выделяет частоту гетеродина, из (5) имеем
Увеличение длительности последовательности относительно длительности каждого элемента последовательности в N раз позволяет уменьшить во столько же раз полосу пропускания выходных фильтров и тем самым во столько же раз улучшить отношение сигнал/шум. Имеем эффект, подобный по улучшению отношения сигнал/шум как и при работе корреляционного устройства, но в отличие от последнего не требующий априорной информации о коде последовательности.
Источники информации
1. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиовзаимодействия и радиотехнической разведки. М.: Сов. Радио, 1968, 448 с.
2. Мищенко Ю.А. Загоризонтная радиолокация- М.: Воениздат, 1972, 96 с.
3. Патент №2366091, Н 04 В 15/00, опубл. 20.04.2009 г.
4. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами.- М.: Радио и связь, 1985 г., 384 с.