Устройство селекции подвижных и неподвижных объектов на индикаторе РЛС

Полезная модель относится к области радиолокационной техники, в частности, к импульсным когерентным радиолокационным системам, предназначенным для распознавания и наблюдения за надводными и береговыми объектами и селекции их на подвижные и неподвижные.
Для визуального наблюдения за обнаруженными объектами в РЛС используется электронное индикаторное устройство, которое является оконечным устройством РЛС, обеспечивающим оператора РЛС визуальной информацией об обнаруженных станцией объектах. На экране индикатора РЛС воспроизводятся все сигналы, принятые антенной РЛС в зоне сканирования, усиленные приемным устройством и выделенные системой обработки сигналов. Задачей аппаратуры обработки РЛС и оператора, ведущего наблюдение за объектами на экране индикатора, является тщательный анализ всей воспроизведенной на экран информации с целью выделения полезных сигналов об объектах на фоне помех.
Известны устройства селекции целей (авт. свид. СССР №№1.376.769, 1.778.487, 1.818.609, 1.840.689; патенты РФ №№ 2.001.415, 2.045.122, 2.087.006, 2.230.332, 2.291.460, 2.337.681, 2.422.847, 2.252.430, 2.599.054; патенты США №№ 3.614.782, 5.355.329, 6.892.477, 6.081.226; патенты на полезную модель №120.779 и другие).
Из известных устройств селекции целей наиболее близкой к предлагаемой является «Устройство селекции целей» (патент на полезную модель №120.779 G01S 13/44, 2012), которая и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком указанного устройства является наличие квадратурного фазового детектора, имеющего малый динамический диапазон входных сигналов, ограниченную полосу пропускания, небольшую крутизну выходной характеристики. Кроме того, наличие различных комбинационных составляющих при перемножении сигналов требует дополнительного фильтра нижних частот, а при уровне сигналов, сравнимых с уровнем собственных шумов устройства, имеют место потери в отношении сигнал/шум на выходе фазового детектора, что, в конечном итоге, приводит к снижению надежности и достоверности селекции объектов.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности и достоверности селекции объектов за счет увеличения динамического диапазона входных сигналов, увеличение полосы пропускания устройства и увеличения отношения сигнал/шум при приеме слабых сигналов.
Поставленная задача решается тем, что устройство селекции подвижных и неподвижных объектов на индикаторе РЛС, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, квадратурный фазовый детектор, устройство свертки, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства копии зондирующего сигнала, блок доплеровских фильтров с пороговыми устройствами, преобразователь кодов и индикатор, при этом выходные сигналы преобразователя кодов, соответствующие сигналам от неподвижных объектов, имеют один цветовой код, а соответствующие сигналам от приближающихся и удаляющихся объектов – второй и третий цветовые коды с возрастанием насыщенности цвета при увеличении доплеровской скорости, отличается от ближайшего аналога тем, что квадратурный фазовый детектор выполнен в виде последовательно включенных линии задержки, первого сумматора, первого амплитудного детектора и третьего сумматора, выход которого является выходом фазового детектора и подключен к входу устройства свертки, последовательно подключенных к выходу линии задержки фазоинвертора, второго сумматора и второго амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым выходом третьего сумматора, причем вход линии задержки, вторые входы первого и второго сумматоров объединены, являются входом фазового детектора и подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя.
Структурная схема предлагаемого устройства селекции подвижных и неподвижных объектов на индикаторе РЛС представлена на фиг.1. Пример реализации преобразователя кодов с таблицей истинности показан на фиг.2.
Устройство селекции подвижных и неподвижных объектов на индикаторе РЛС содержит последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь 1, линию задержки 3, первый сумматор 10, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 1,  первый амплитудный детектор 12, третий сумматор 14, устройство 4 свертки, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 5 копии зондирующего сигнала, блок 6 доплеровских фильтров с пороговыми устройствами, преобразователь 7 кодов и индикатор 8. К выходу линии задержки 3 последовательно подключены фазоинвертор 9, второй сумматор 11, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 1, и второй амплитудный детектор 13, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 14.
Линия задержки 3, фазоинвертор 9, первый 10, второй 11 и третий 14 сумматоры, первый 12 и второй 13 амплитудные детекторы образуют фазовый детектор 2.
Устройство работает следующим образом.
Сигнал с усилителя промежуточной частоты приемного устройства радиолокационной станции оцифровывается в аналого-цифровом преобразователе 1 и поступает на квадратурный фазовый детектор 2, а именно на вход линии задержки 3 и на первые входы сумматоров 10 и 11. С линии задержки 3 сигнал поступает на вход первого сумматора 10 и на вход фазоинвертора 9, выход которого подключен ко второму выходу сумматоров 11, причем на сумматор 11 сигнал поступает сдвинутым по фазе на π относительно сумматора 10.
Таким образом, на сумматоры 10 и 11 поступают незадержанные и задержанные на длительность одного символа сигналы. Происходит суммирование сигналов незадержанного и задержанного синфазно и противофазно, т.е. на одном из сумматоров сигналы складываются, а на другом вычитаются. При равенстве амплитуд задержанного и незадержанного сигналов на выходе сумматоров 10 и 11 напряжение или удваивается, или становится равным нулю, т.е. происходит замена фазовых соотношений между символами кода амплитудными. С выходов сумматоров 10 и 11 сигналы поступают на амплитудные детекторы 12 и 13 противоположной полярности. Продетектированные сигналы подаются на вход третьего сумматора 14. В силу того, что сигналы разнесены во времени и имеют разную полярность, то с выхода сумматора 14 снимается разнополярный видеосигнал. Положительный сигнал соответствует разности фаз задержанного и незадержанного символов, равной нулю, а отрицательный – разности фаз, равной π. Учитывая то, что сигналы с выходов амплитудных детекторов 12 и 13 разнесены во времени и имеют разную полярность, то схема, состоящая из амплитудных детекторов 12, 13 и сумматора 14, работает как схема отбора по максимуму. Это не ухудшает отношения сигнал/шум на выходе сумматора 14, так как один из амплитудных детекторов, например, 12, оказывается «запертым» сигналом другого амплитудного детектора 13.
Далее в устройстве 4 производится свертка принятого сигнала с запомненной копией, а затем анализ спектра в доплеровских фильтрах блока 6 с помощью быстрого преобразования Фурье. Выходные сигналы доплеровских фильтров поступают на вход преобразователя 7 кодов, который преобразует их в сигналы цветового кодирования по следующему алгоритму: неподвижный объект с нулевой доплеровской частотой кодируется традиционным для радаров цветом, например зеленым; приближающиеся объекты с положительной доплеровской  частотой кодируются отметками, например, красного цвета, которые зависят от скорости приближения (большая насыщенность будет характеризовать большую скорость); удаляющееся объекты с отрицательной доплеровской частотой кодируются оттенками, например, синего цвета в зависимости от скорости удаления (их большая насыщенность так же характеризуется большей скоростью). На фиг.2 приведена таблица истинности, в которой показано соответствие входного доплеровского сигнала выходному цветному сигналу, подаваемому на индикатор 8.
Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения, обеспечивает повышение надежности и достоверности селекции объектов. Это достигается за счет увеличения динамического диапазона входных сигналов, увеличения полосы пропускания устройства и увеличения отношения сигнал/шум при приеме слабых сигналов. Кроме того, предлагаемое устройство увеличивает скорость обработки информации (сумматоры, выполненные, например, на резисторах, практически безынерционны, а постоянную времени амплитудных детекторов можно сделать очень малой), схема линеаризуется за счет замены операции перемножения сигналов их линейном сложением.