СЕЛЕКТОР ВИДЕОИМПУЛЬСОВ
VIDEO PULSE SELECTOR

Предлагаемый селектор видеоимпульсов относится к области радиотехники и предназначен для использования в устройствах, осуществляющих выделение и обработку видеосигнала с целью отсева ложной информации и повышения отношения сигнал/шум на их выходе.
Предлагаемое устройство может быть использовано в радиолокационных и телекодовых системах различного назначения, имеющих в своем составе устройство первичной обработки поступающей информации и преобразующих видеосигналы в форму, удобную для ввода в ЦВМ и отображения на индикаторах.
Большинство устройств, осуществляющих выделение полезной информации из помех и шумов по видеоканалу той или другой радиотехнической системы, в основном, основано на способах повышения отношения сигнал/шум путем накопления энергии периодически следующих видеосигналов на элементах статической и динамической памяти. Примером таких устройств могут служить некогерентные накопители видеосигналов, выполненные на основе ЭЛТ, З ЭЛТ (запоминающих ЭЛТ), магнитных барабанов, элементов оперативной памяти различного типа, сумматора сигналов на накопительных конденсаторах, накопителей на линиях задержки с положительной обратной связью, а также на основе накопительных устройств с временной селекцией видеосигнала и квантованием его по уровню (цифровые накопители бинарных импульсных сигналов).
Используются также обнаружители сигналов, выполненные на линиях задержки с череспериодным сравнением (методом совпадений) и обработкой видеоимпульсов по критерию "К" из "m". С той же целью в радиолокационных системах находят широкое применение согласованные фильтры, работающие как по каналам промчастоты приемника РЛС, так и по пачке видеосигналов. Эти устройства наиболее оптимальны с точки зрения максимального повышения отношения сигнал/шум. См. С.В. Самсоненко "Цифровые методы оптимальной обработки радиолокационных сигналов", 1968 г., с. 96-108. М.И. Финкельштейн "Основы радиолокации", 1973 г., с. 226, 235; 251-257. "Радиотехнические системы" под ред. Ю.М. Казаринова, 1968 г., с. 146-151. "Теоретические основы радиолокации" под ред. Я.Д. Ширмана, 1970 г., стр. 157.
Однако всем перечисленным способам и устройствам присущ ряд недостатков. Их реализация требует значительных материальных затрат, в большинстве случаях они сложны, иногда и трудно реализуемы, например, согласованные фильтры. В некоторых случаях достичь оптимального согласования входного сигнала с приемным трактом системы трудно или практически невозможно, если сигнал на входе не стабилен или широк по спектру.
Наиболее простыми по техническому выполнению могут рассматриваться устройства повышающие отношение сигнал/шум при обработке видеосигнала в пределах ожидаемой длительности видеоимпульса от цели, а не в пределах периодической пачки видеосигналов.
Примером такого устройства можно рассматривать устройство,  описанное в материалах патента США №3124707, НКИ 307-88.5, 1964 г. Устройство содержит линию задержки (ЛЗ) с отводами, на вход которой подключен выход видеоусилителя, а к ее концу согласующий регистр. Отводы на ЛЗ выполнены через равные временные интервалы и размещены вдоль линии равномерно. К отводам ЛЗ подключены входы (базы) однотипных усилителей на транзисторах. Коллекторы транзисторов подключены к общей нагрузке-резистору. Точка подключения коллекторов транзисторов к резистору-нагрузке, является выходом устройства по суммарному сигналу. Таким образом, к отводам линии задержки подключены входы сумматора видеосигналов. Длительность задержки сигнала в линии задержки выбрана равной или несколько меньшей длительности ожидаемого видеоимпульса, т.е. суммирование составляющих видеосигнала сумматором осуществляется не за период следования пачки видеоимпульсов, а за время ожидаемой длительности одного видеоимпульса. Повышение отношения сигнал/шум на выходе устройства достигается тем, что по мере продвижения видеосигнала по ЛЗ, составляющие видеоимпульса и шумов на входы сумматора поступают с последовательной задержкой их во времени. При последовательном продвижении видеоимпульса по ЛЗ, происходит сложение его составляющих, сфазированных в пределах его длительности, но сдвинутых относительно друг друга. На нагрузке сумматора, при этом амплитуда сигнала в начале будет нарастать, а при выходе падать. Выходной импульс примет форму треугольника. Шумы же, в пределах задержки сигнала в ЛЗ, имеют случайную фазу и амплитуду, а потому их амплитуда на выходе сумматора практически не увеличивается. Разность же в нарастании амплитуды видеоимпульса и шумов, на выходе сумматора, приводит к повышению отношения сигнал/шум. Как следует из патента, превышения сигнала над шумами, в указанном устройстве, достигает 7 дБ. К недостаткам устройства можно отнести сравнительно слабый отсев коротких помеховых сигналов большой амплитуды и значительное расширение длительности выделяемых импульсов по основанию.
<mrow><mfrac bevelled="true"><mi>m</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac bevelled="true"><mi>m</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>м</mi></mrow>
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,</mn><mtext> 2</mtext><mn>...</mn><mfrac bevelled="true"><mtext>m</mtext><mtext>2</mtext></mfrac></mrow>
Наиболее близким по составу и признакам к предлагаемому техническому решению можно рассматривать устройство "Видеоселектор" описанное в материалах авт. свид. №1841024 от 1 декабря 1988 г., МКИ G01S 7/30. Этот "видеоселектор" авторами и рассматривается как прототип. Видеоселектор содержит последовательно соединенные эмиттерный повторитель и многоотводную линию задержки, а также сумматор, выход которого является выходом видеоселектора. Между входом устройства и входом эмиттерного повторителя включен нелинейный усилитель. Входы сумматора подключены к "m" отводам линии задержки через
умножителей сигналов, причем входы каждого i-го умножителя соединены с i-м и
отводами линии задержки, где
.
Указанный видеоселектор предназначен для совместной работы с устройствами первичной обработки поступающей информации в радиотехнических системах. Видеоселектор обеспечивает повышение эффективности отсева коротких импульсных помех большой амплитуды при сохранении длительности видеоимпульса на его выходе, улучшение качества отображение радиолокационной информации на экране индикатора. При этом рассматривается, что сигнал на входе "видеоселектора" может иметь заданное отношение сигнал/шум.
В связи с близостью функционального построения указанного прототипа и предлагаемого технического решения, описание принципа работы и отдельных устройств, входящих в прототип, приводятся в аналогичных разделах описания данной заявки.
<mrow><mfrac bevelled="true"><mi>m</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac bevelled="true"><mi>m</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>м</mi></mrow>
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,</mn><mtext> 2</mtext><mn>...</mn><mfrac bevelled="true"><mtext>m</mtext><mtext>2</mtext></mfrac></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mi>m</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
огр.
упр.
К недостаткам прототипа можно отнести слабый отсев импульсных помеховых сигналов большой амплитуды, длительность которых близка к длительности задержки сигнала в линии задержки, т.е. близка к длительности видеоимпульса от точечной радиоцели. Наличие данного недостатка приводит, при наличии на входе устройства перекрестных, промышленных или организованных импульсных помех, к снижению достоверности выделения целей или телекодовой информации. Снижение достоверности наблюдается и при наличии на выходе устройства шумовых всплесков и сигналов с длительностью большей чем длительность выделяемых видеоимпульсов. Целью данного изобретения является повышение достоверности выделения видеосигналов от истинных целей или телекодовых сигналов, длительность видеоимпульса которых известна или задана и, как следствие, повышение достоверности результатов обработки информации в последующих устройствах. Указанная цель достигается тем, что селектор видеоимпульсов содержит, последовательно соединенные эмиттерный повторитель и многоотводную линию задержки с "m" отводами, а также сумматор и нелинейный усилитель, включенный между входом устройства и входом эмиттерного повторителя и
перемножителей. Вход каждого i-го перемножителя соединен с i-м и
отводом линии задержки, где
. Выходы перемножителей подключены к соответствующим входам сумматора. Кроме того, в устройство включены многовходовой первый элемент "ИI" и компараторы, на входы опорного напряжения которых подключено напряжение ограничения сигналов по минимуму (U), а на сигнальный вход одного из них подключен выход первого от начала линии задержки (i=1) перемножителя, на вход второго компаратора подключен выход последнего
перемножителя, а на сигнальный вход третьего компаратора подключен выход сумматора, а их выводы подключены, соответственно, к сигнальным входам первого элемента "ИI". В устройство включены также селектор по длительности и коммутатор. На информационный вход селектора под длительностью подключен выход первого элемента "ИI", а к первому сигнальному входу коммутатора подключен выход сумматора, а к его второму сигнальному входу подключен второй информационный выход селектора по длительности и к третьему входу - напряжение управления коммутатором (U), причем первый информационный выход селектора по длительности и информационный выход коммутатора являются, соответственно, первым и вторым информационным выходом устройства. При этом селектор по длительности содержит элемент "НЕ" и дифференцирующую цепочку, входы которых соединены с информационным входом селектора по длительности, а также ждущий мультивибратор I, с заданной длительностью импульса на выходе, второй элемент "ИII", первый сигнальный вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора I, а его второй сигнальный вход к выходу элемента "не" и ждущий мультивибратор II, запускающий вход которого подключен к выходу второго элемента "ИII", а его информационный выход подключен одновременно к первому и второму выходу селектор по длительности. Включение в предлагаемое устройство первого элемента "ИI" и компараторов, сигнальные входы которых подключены соответствующим образом к выходам 2х перемножителей и сумматору, а их выходы к соответствующим входам первого элемента "ИI", обеспечивает формирование на выходе первого элемента ″ИI″ импульсных сигналов, соответствующих наличию на входе устройства импульсов от реальных целей, если их длительность не меньше заранее заданной величины (0,8-0,9τ импульса цели). Подключение на входы опорного напряжения компараторов напряжения ограничения сигналов по минимуму, уровень которого может изменяться от "0" до определенного максимума, обеспечивает эффективный отсев помех, шумовых всплесков и сигналов от гидрометеоров, длительность которых лежит в пределах длительности видеоимпульса от реальной цели, если их амплитуда меньше амплитудного уровня выделяемых полезных сигналов. Включение в схему устройства селектора по длительности обеспечивает отсев импульсных сигналов большой амплитуды, если их длительность больше длительности наиболее широких выделяемых видеосигналов и расширение сигнала до нужных пределов. Наличием в устройстве коммутатора, допускающего подключение к его выходу сигналов как с выхода сумматора, так и с выхода селектора по длительности, обеспечивается возможность контроля информации, выдаваемой в устройства последующей обработки, на средствах визуального отображения и осуществить быстрый поиск реальной цели. По сравнению с прототипом устройство является более эффективным по селекции видеосигналов и может обеспечить наибольшую вероятность последующего определения истинных координат целей.
Технические решения, совпадающие в совокупности с отличительными признаками предлагаемого устройства и по достигаемым результатам, авторам не известны. На фиг. 1 показана блок-схема селектора видеоимпульсов, а на фиг. 2 и 3 приведены временные диаграммы, поясняющие его работы. На фиг. 3А и Б отдельно даны временные диаграммы работы селектора по длительности. В указанное устройство входит нелинейный усилитель 1, эмиттерный повторитель 2, линия задержки 3, "m" однотипных аналоговых перемножителей 4, 5, 6, сумматор 7, 3 компаратора 8, 9, 10, первый элемент "ИI" - 11, селектор по длительности 12 и коммутатор 13. В состав селектора по длительности 12 входят элемент "не" 14, дифференцирующая цепочка ДЦ 15, ждущий мультивибратор 1-16, второй элемент "ИII" 17 и ждущий мультивибратор II 18. Устройство реализовано, в основном, на основе аналоговых интегральных схем (АИС), использующих прецезионные операционные усилители, и на элементах дискретной техники.
Нелинейный усилитель 1 выполнен на основе прецезионного операционного усилителя, охваченного обратной связью с линейной и нелинейной параллельными ветвями, например, на основе 544УД2А. К его входу подключен выход видеосигнала радиолокационной системы.
Эмиттерный повторитель 2 собран на полупроводниковом триоде, его выход подключен, через согласующий резистор, к началу линии задержки 3, а вход к выходу нелинейного усилителя 1.
Линия задержки 3 - широкополосная линия задержки с сосредоточенными параметрами, к концу которой подключен согласующий резистор. На линии задержки 3 сделан ряд отводов а, б, в, г, д, е через равные временные интервалы задержки сигнала в линии. Время общей задержки сигнала в линии 3 выбрано несколько меньшим длительности ожидаемого полезного видеоимпульса на ее входе (0,75-0,9τ сигнала). Отводы линии задержки 3 попарно подключены к входам 1 и 2 соответствующих перемножителей 4, 5, 6 и т.д. (если число перемножителей больше трех).
В качестве перемножителей 4, 5, 6 используются АИС, например, типа 525 ПС2. Количество перемножителей на фигуре 1, для упрощения схемы, показано равным 3, однако, для более эффективного отсева шумов сумматором 7, их число выбирается значительно большим, от 4 до 6. Выход каждого перемножителя 4, 5 и 6 подключен к соответствующему входу 1, 2, 3 сумматора 7. Входы 1, 2 перемножителей 4, 5, 6 подключены попарно к отводам линии задержки 3 с последовательным временным сдвигом спаренных входов от начала линии к ее концу так, чтобы все пары равномерно перекрывали всю данную линию задержки 3. При указанном на фиг. 1 числе перемножителей и числе отводов по линии задержки 3, парные соединения входов перемножителей 4, 5, 6 могут быть следующими: а-г, б-д, в-е, включая начало и конец линии 3. Выходы перемножителей 4 и 6, кроме подключения их к входам 1 и 3 сумматора 7, подключены и к сигнальным входам 2 компараторов 8 и 9, соответственно.
Сумматор 7 выполнен на основе операционного усилителя, например, 544УД2А, к выходу которого подключен эмиттерный повторитель. Выход эмиттерного повторителя сумматора и вход операционного усилителя охвачены обратной связью. К резистору обратной связи, в точке его подключения ко входу операционного усилителя, подключено "m" однотипных параллельных резисторов. Свободные концы резисторов являются входами 1, 2, 3 сумматора 7, к которым и подключаются, соответственно, выходы 1, 2, 3 перемножителей. Выход эмиттерного повторителя сумматора 7 является его выходом и подключается к 1 входу коммутатора 13 и к сигнальному входу 2 компаратора 10.
огр.
Компараторы 8, 9, 10 представляют из себя типовые пороговые элементы, выполненные на основе ИС и предназначены для сравнения по уровню двух входных напряжений и скачкообразного изменения выходного напряжения, когда сравниваемое напряжение больше другого, опорного, например, триггер Шмитта. Построение компараторов 8, 9, 10 идентично. В качестве входного напряжения, поступающего на сигнальные входы 2 компараторов 8 и 9, используются видеоимпульсы с выходов перемножителей 4 и 6. На первые входы компараторов 8, 9 и 10, в качестве опорного напряжения, подключено напряжение ограничения сигналов по минимуму (U). Выходы компараторов 8 и 9, по выходному импульсному сигналу, подключены к входам 1 и 2 первого элемента "ИI" 11, соответственно. Компаратор 10 своим 2 входом присоединен к выходу сумматора 7, через который на его вход поступает видеосигнал, очищенный от короткоимпульсных помех и шумов. Выход компаратора 10 подключен к 3 входу первого элемента "ИI" 11.
Элемент "ИI" 11, это типовой многовходовой элемент "И" цифровой техники. Выход первого элемента "ИI" подключен к сигнальному входу селектора по длительности 12.
Селектор по длительности 12 собран на общеизвестных элементах цифровой техники. Взаимодействие его логических элементов осуществляется, в основном, на положительных уровнях входных сигналов. От ждущих мультивибраторов I и II используется положительный выход импульсного сигнала. Длительность импульса подбирается в соответствии с требованиями к длительности выделяемого сигнала (мультивибратор I - 16) и качеству отображения (мультивибратор II - 18).
Коммутатор 13, обеспечивает подключение сигналов, поступающих с выхода сумматора 7 или с выхода селектора по длительности 12, на выход устройства 11.
упр.
упр.
Коммутатор 13 выполнен на основе электромагнитного реле, дискретных или полупроводниковых схем (зависит от U). На его 1 и 2 входы подключены коммутируемые напряжения. На управляющий вход 3 коммутатора 13 подключено управляющее напряжения (U), а его информационный выход 11 подключается к последующему устройству-индикатору.
При рассмотрении работы устройства исходим из следующего:
1. Обработка видеосигнала, т.е. повышение отношения сигнал/шума, устранение на его выходе коротких и сравнимых с длительностью полезного видеоимпульса сигналов помех большой амплитуды, осуществляется в пределах ожидаемой длительности видеоимпульса от цели.
2. Видеоимпульсы, поступающие на вход линии задержки 3, имеют прямоугольную или колоколообразную форму и в пределах их длительности рассматриваются как непрерывный сигнал. Отношение сигнала к среднему уровню шумов равно или больше 1,5/1.
Порядок работы предложенного устройства следующий.
Видеосигнал, смесь видеоимпульсов, помех и шума, через нелинейный усилитель 1 и катодный повторитель 2 поступает на вход (H) линии задержки 3. При прохождении через нелинейный усилитель 1 видеосигнал корректируется по соотношению амплитуд сигнала на малых уровнях, т.е. учитывается распределение амплитуды шумов и сигнала на выходе, например, квадратичного детектора, а также нелинейность усиления и преобразования информации на малых уровнях устройством в целом. При этом учитывается, что при отношении сигнал/шум,  значительно большем единицы, сквозная характеристика всего устройства должна быть линейной.
Видеосигнал, поступивший на вход линии задержки 3, продвигаясь вдоль линии, последовательно подходит к ее отводам а, б, в, г, д, е и через них поступает на входы перемножителей 4, 5, 6.
Известно, что величина напряжения на выходе аналогового перемножителя определяется произведением амплитуд сигналов на его входах. При наличии на одном из его входов нулевого потенциала, а на втором единицы - сигнал на выходе перемножителя будет равен нулю, а при наличии на его входах двух сигналов равной амплитуды, сигнал на выходе перемножителя будет равен единице (условие совпадений). При прохождении по линии задержки 3 видеоимпульса, составляющие которого в пределах его длительности имеют равную амплитуду и полярность, будут обеспечиваться условия одновременного перекрытия импульсом временного промежутка между 2-мя соответствующими отводами на линии 3, например, а и г, а следовательно, на входах перемножителя 4 выполняются условия совпадения составляющих видеоимпульса. На выходе перемножителя 4 появится выходной сигнал. При дальнейшем продвижении видеоимпульса по линии задержки 3 условие совпадения будет выполняться и для последующих перемножителей 4 и 5, на выходах перемножителей будут выделяться сигналы равной амплитуды и одинаковой полярности. Длительность каждого выходного сигнала будет укорочена на величину задержки входного видеоимпульса в соответствующем промежутке между отводами. Таким образом, на входах сумматора 7 появится "m" (например 3) укороченных и сдвинутых относительно друг друга по времени сигналов. Величина сдвига выходных сигналов будет равна взаимному сдвигу парных входов перемножителей 4, 5, 6 вдоль линии задержки 3. При поступлении на входы сумматора 7 сигналов с выхода перемножителей 4, 5 и 6, на его выходе сформируется видеоимпульс в виде равнобедренного треугольника (как в аналоге и прототипе). Длительность видеоимпульса по основанию, будет равна или близка к длительности входного сигнала, а его энергетический уровень, если не учитывать усиление, практически останется прежним. Указанное поясняется диаграммой на фиг. 2А (а, б, в, г и д.)
При наличии на входе линии задержки 3 коротких импульсных сигналов большой амплитуды (импульсы помех, шумовые всплески и т.д.) условия совпадения их составляющих на двух входах любого из "m" перемножителей не выполняется, если их длительность меньше длительности задержки сигнала между входами соответствующего перемножителя. Такой сигнал на входе и выходе сумматора 7 будет отсутствовать. Для шумов, в связи со значительным интервалом задержки между отводами линии задержки 3, т.е. входами перемножителей, вероятность совпадения их составляющих с равной амплитудой и фазой резко падает. Шумы становятся более редкими. Дальнейшее повышение отношения сигнал/шум обеспечивается, как и в прототипе, сумматором 7. На его нагрузке суммирование не коррелированных шумов будет выполняться со значительным временным сдвигом. Уровень шумов на выходе сумматора практически не возрастает, а с учетом снижения их уровня на выходе отдельных перемножителей, даже уменьшится.
В тоже время суммированием непрерывных укороченных импульсов, поступающих с выходов перемножителей 4, 5 и 6, в пределах обработки полезного видеоимпульса, обеспечивается нарастание на выходе сумматора 7 амплитуды выделяемого сигнала. Предусматривается, что коэффициенты передачи сигнала перемножителями 4, 5 и 6 идентичны. Различие в нарастании амплитуды видеоимпульса и шума на выходе сумматора 7 и обеспечивает повышение отношения сигнал/шум.
огр.
Таким образом, указанная часть устройства - сумматор 7, перемножители 4, 5, 6 и линия задержки 3 с отводами, соединенные соответствующим образом, обеспечивает на выходе сумматора 7 повышение отношения сигнал/шум и отсев коротких импульсных помеховых сигналов большой амплитуды. Наличие коротких импульсных сигналов на входе устройства обусловлено, в некоторых случаях, невозможностью осуществить оптимальное согласование высокочастотного тракта приемника с входным сигналом. Например, при совместной работе с вынесенными РЛС по каналу ретрансляции, из-за нестабильности их несущих частот или использования широкополосных методов модуляции. Отсев коротких помеховых сигналов, указанной частью предлагаемого устройства, как показывает, опыт, весьма эффективен. Однако при наличии помех с длительностью импульса меньшей, но сравнимой с длительностью временной задержки сигнала в линии задержки 3, т.е. с длительностью сигнала, близкой к длительности реальной цели, эффективность отсева помех падает. В этом случае на выходе сумматора 7 сформируется импульс меньшей амплитуды, но с той же длительностью по основанию. При непосредственном подключении выхода сумматора 7 к входу последующего устройства снижается вероятность выделения реальных целей или телекодовых сигналов. Отсев таких ложных, протяженных сигналов осуществляется следующим образом. Для отсева используются компараторы 9, 8, 10 и первый элемент "ИI" 11. Длительность задержки сигнала в линии задержки 3 выбрана несколько меньшей, чем длительность ожидаемого полезного видеоимпульса. Уровень ограничивающего напряжения U на входах опорного напряжения 1 компараторов 8, 9, и 10 первоначально выбираем равным или несколько больше среднего уровня шумов на выходе перемножителей 4 и 6.
Длительность импульса помехи примем по величине сравнимой, по минимуму, с длительностью задержки сигнала в линии задержки 3, но меньше длительности полезного выделяемого видеоимпульса. При этих условиях импульс помехи, при продвижении по линии задержки 3, последовательно перекроет часть входов перемножителей и на выходе сумматора 7 сформируется выходной сигнал уменьшенной амплитуды. Выходной импульс будет виден на экране ЭЛТ. При тех же условиях формирование сигнала на выходе первого элемента "ИI" 11 будет другим. Сигнал, сформированный на выходе перемножителя 4, с выхода 1, поступит на вход 2 компаратора 8, на выходе которого появится прямоугольный импульс. Длительность импульса будет равна длительности импульса помехи на входе минус длительность задержки сигнала между отводами а, г на линии задержки 3. См. фиг. 1 и 2Б. То же произойдет когда импульс помехи перекроет и отводы в и е на линии 3. На выходе компаратора 9 также сформируется идентичный укороченный прямоугольный импульс (укорочение на задержку сигнала между отводами в, е). Однако одновременного появления прямоугольных импульсов на выходе компараторов 8 и 9 не произойдет, т.к. из-за уменьшенной длительности сигнала помехи условие одновременного перекрытия входов перемножителей 4 и 6 (отводы а-г и в-г) не выполняется. Появление импульсов на выходах компараторов 8 и 9 происходит последовательно, по мере продвижения импульса помехи по линии задержки 3. Сигнал, сформированный на выходе сумматора 7, также поступает на вход 2 компаратора 10. На выходе компаратора 10 сформируется прямоугольный импульс с длительностью сигнала на выходе сумматора 7. Прямоугольные импульсы с выходов компараторов 8, 9 и 10 поступают на входы 1, 2, 3 первого элемента "ИI" 11. Элемент "И"это устройство совпадения входных сигналов, следовательно, при наличии на его входе трех прямоугольных импульсов, но взаимно разнесенных по времени, суммарный сигнал на его выходе будет отсутствовать. Таким образом, при наличии импульса помехи с указанными параметрами, сигнал будет отсутствовать и на входе селектора по длительности 12, т.е. на выходе 1 устройства.
При появлении на входе линии задержки 3 видеоимпульса от цели, длительность которого больше длительности задержки сигнала в линии, процесс формирования сигналов на выходе перемножителей 4, 5, 6, и компараторов 8, 9, 10 будет идентичен вышеизложенному. Изменятся только временные соотношения формирования сигналов. См. Фиг. 2А. При прохождении видеоимпульса по линии задержки 3 возникают условия, когда все входы перемножителей 4, 5 и 6 будут перекрыты сигналом одновременно. В этом случае на выходе сумматора 7 сформируется импульс, длительность которого будет близка к длительности входного сигнала, а на выходе перемножителей 4 и 6 появятся сигналы, которые по времени будут частично перекрывать друг друга (отводы а, г и в, е на ЛЗ - 3). При поступлении указанных сигналов с выходов перемножителей 4, 5 и 6 на входы 2 компараторов 8, 9 и 10, на их выходах сформируются прямоугольные импульсы с тем же взаимным перекрытием. При поступлении прямоугольных импульсов на входы 1, 2 и 3 первого элемента "ИI" 11, на его выходе сформируется короткий импульсный сигнал. Длительность сигнала будет равна длительности одновременного совпадения всех трех сигналов. Этот сигнал будет характеризовать наличие видеоимпульса от цели. Достоверность наличия сигнала от цели повышается также и потому, что на вход компаратора 10 поступает сигнал с выхода сумматора 7, очищенный от случайных шумовых всплесков. Формирование импульса на выходе элемента "ИI" 11 от различных комбинаций входных сигналов или по случайному закону, при этом, снижается до минимума. Кроме того, в связи со значительным временным интервалом прохождения сигнала и шумов относительно входов перемножителей 4 и 6 (отводы ЛЗ а, г и в, е) вероятность одновременного появления шумовых всплесков на их выходе очень мала, следовательно, и появление ложного сигнала на выходе элемента "ИI" 11 от совпадения трех случайных шумовых всплесков практически исключается.
огр.
огр.
огр.
огр.
огр.
огр.
Для упрощения пояснений, уровень ограничительного напряжения U на входах опорного напряжения компараторов 8, 9 и 10 был принят небольшим и фиксированным. В реальных схемах величина U будет переменной и может изменяться от "0" до определенной величины. Изменение U может производиться как вручную, так и автоматически напряжением, поступающим с выхода устройств ограничения сигналов. Необходимость изменения U обусловлена тем, что при реальной работе изделий в сложных метеоусловиях в составе видеосигналов содержатся и видеоимпульсы разной длительности от гидрометеоров. Амплитуда от гидрометеоров, относительно сигналов отраженных от целей, всегда значительно меньше амплитуды выделяемых целей. Используя разность амплитуд указанных сигналов и изменяя порог ограничения (U) на входах 1 компараторов, появляется возможность отделить видеоимпульсы целей от гидрометеоров. При средних и больших уровнях U влияние шумов на выходной сигнал исключается полностью, например, при больших отношениях сигнал/шум на входе. Для обеспечения работы последующих устройств радиотехнических систем, имеющих на входе элементы дискретной техники, достаточно иметь на их входе короткий импульс о наличии цели. Это условие обеспечивается появлением коротких импульсных сигналов на выходе первого элемента "ИI" 11. Однако длительность импульсных помех на входе линии задержки 3, как и видеосигналов от гидрометеоров, может быть значительно больше, чем длительность видеоимпульса от реальной точечной или протяженной (например, от больших кораблей) радиолокационной цели. Наличие сигналов на выходе первого элемента "ИI" 11 от подобных ложных целей приводит, при автоматической обработке информации, к снижению достоверности выделения истинных целей, т.е. к серьезным ошибкам. Отсев длительных ложных сигналов в предложенном устройстве достигается введением в него селектора по длительности 12. Задача селектора 12 - исключить появление на выходе 1 устройства сигналов с длительностью большей заранее заданной величины (с элемента "ИI" 11). Реальное построение селектора по длительности 12 может быть различным. Одна из реализуемых в устройстве блок-схем селектора по длительности 12 показана на фиг. 1, а временные графики, поясняющие ее работу, - на фиг. 3А, Б.
Работа селектора по длительности 12 осуществляется следующим образом. Сигнал положительной полярности с выхода первого элемента "ИI" 11 поступает на вход селектора по длительности 12, а внутри его одновременно на входы элемента "НЕ" 14 и дифференцирующей цепочки ДЦ-15. Длительность прямоугольного импульса на выходе элемента "ИI" 11 переменная и определяется длительностью видеосигналов на входе линии задержки 3 (соответствует времени совпадения трех сигналов, поступающих на его входы 1, 2 и 3 от компараторов 8, 9 и 10). После дифференцирования входного сигнала на выходе дифцепочки ДЦ-15 появятся два коротких импульса, соответствующих его переднему и заднему фронту. Сигналы с выхода дифцепочки ДЦ-15 поступают на вход ждущего мультивибратора I - 16. Ждущий мультивибратор I - 16 запускается первым положительным импульсом и на его выходе сформируется импульсный сигнал положительной полярности. Длительность импульса мультивибратора I - 16 подбирается заранее и выбирается несколько больше максимально возможной длительности импульса на выходе первого элемента "ИI" 11. Импульс с выхода ждущего мультивибратора I - 16 поступает на 1 вход второго элемента "И-II" 17. На 2 вход того же элемента "И-II" - 17 поступает сигнал с выхода элемента "НЕ" 14, т.е. выходной сигнал первого элемента "И-I" 11, но с противоположной полярностью по уровню. Если учесть, что при отсутствии сигнала на входе элемента "НЕ" 14 на его выходе сохраняется высокий потенциал ("I"), а при наличии на его входе положительного импульса устанавливается потенциальный уровень равный "0" (нулевой потенциал), то условие совпадения входных сигналов по высокому уровню на втором элементе "ИII" 17 будет зависеть от длительности входных сигналов. Например, при поступлении на вход элемента "НЕ" 14 коротких положительных импульсов, с длительностью меньшей длительности опорного импульса с выхода ждущего мультивибратора I 16, условие совпадения сигналов на элементе "ИII" 17 выполняется, а при обратном условии нет. При коротких сигналах с выхода элемента "НЕ" 14 (нулевой потенциал) условие совпадения сигналов по высокому уровню на втором элементе "ИII" - 17 будет выполняться в пределах разности длительности входных импульсов (См. фиг. 3А). При длительности сигнала на 2 входе второго элемента "ИII" - 17, большей, чем длительность сигнала на его I входе, условий для совпадения сигналов по высокому уровню нет. В пределах длительности опорного импульса от ждущего мультивибратора I 16 сигналы на входах второго элемента "ИII" 17 будут разнополярными (см. Фиг. 3Б). Таким образом, в первом случае на выходе второго элемента "ИII" 17 появится положительный импульс, а во втором случае выходной сигнал будет отсутствовать. (См. фиг. 3А и Б).
Импульс, сформированный на выходе второго элемента "ИII" - 17, поступает на вход второго ждущего мультивибратора II - 18. Мультивибратор II - 18 запускается и сформирует импульс с длительностью достаточной для нормальной работы последующих устройств и качественного отображения отметок целей на экране индикатора. Импульс с выхода мультивибратора II - 18 поступает на 1 и 2 информационные выходы селектора по длительности 12, откуда с 1-го выхода на I информационный выход устройства (в канал обработки информации), а со 2-го выхода на 2 вход коммутатора 13, на 1 вход которого поступают также сигналы с выхода сумматора 7. Выход коммутатора 13 является II информационным выходом устройства, к которому, в последующем, подключается вход системы отображения информации - индикатор радиолокационной системы. Управляя переключением коммутатора 13 (вход 3) можно вывести на экран индикатора как реальные радиолокационные сигналы с выхода сумматора 7, так и сигналы, поступающие в систему автоматической обработки информации (или ЦВМ) с выхода селектора по длительности 12. Предлагаемое устройство разрешает по каналу выдачи информации на отображение с информационного выхода II обеспечить:
- отображение на экране индикатора радиолокационной системы неискаженного радиолокационного изображения со значительным подавлением на индикаторе фона шумов (9-12 дБ) и исключить из состава отображаемой информации импульсные или шумовые помехи большой амплитуды, но малой длительности;
- при последовательном подключении входов 1 и 2 коммутатора 13 к его выходу осуществить путем визуального сопоставления двух изображений на экране, быстрый поиск и выделение реальных целей;
- используя экран индикатора, осуществить действенный контроль за выделением реальных целей и вводом их в аппаратуру автоматической обработки информации.
По каналу выдачи информации на обработку информационный выход I устройство позволяет:
- снизить влияние шумов на достоверность выделения реальных целей, при малых уровнях вводного сигнала, и исключить их влияние на выделение сигналов, если отношение сигнал/шум на входе устройства задано и не меньше чем 2/1-3/1 (при приеме ретранслируемых сигналов);
- исключить появление на информационном выходе I ложных импульсов о наличии реальной цели, если длительность импульса на входе устройства сравнима, но меньше (0,8-0,9) длительности видеоимпульса от точечной цели или если длительность сигналов больше длительности видеоимпульсов от максимально возможных протяженных целей или наиболее широких телекодовых сигналов;
- отсеять ложные сигналы, например, от гидрометеоров, если их длительность равна длительности видеоимпульсов от реальных целей, но их амплитуда меньше амплитуды сигнала от реальной цели.
огр.
Отсев ложной информации по амплитуде производился с использованием индикатора системы (по сопоставлению) путем выбора уровня ограничивающего напряжения U на входах компараторов 8, 9, и 10 и ограничения сигналов по минимуму: в целом селектор видеоимпульсов позволяет получить на входе аппаратуры автоматической обработки информации достоверную информацию о наличии в видеосигнале импульсов от реальных целей или импульсов телекодовой информации.
Если учесть, что в устройствах первичной и автоматической обработки информации (или ЦВМ) используется аппаратура выделения сигналов по методу череспериодного сравнения по критерию "К" из "m", то вероятность выделения реальной цели, даже при малых уровнях сигнала на входе устройства, будет большой.
Сигналы помех с длительностью импульса равной длительности сигнала от реальной цели как малой, так и большой амплитуды на выход подобных устройств не пройдут, если их период следования отличен от периода излучения зондирующего сигнала РЛС. Эффективность и работоспособность аналоговой части предлагаемого технического решения (нелинейный усилитель 1, эмиттерный повторитель 2, линия задержки 3, с подключенными к ее отводам перемножителями 4, 5 и 6 и сумматор 7) в совокупности была проверена в составе радиотехнической системы в реальных условиях ее работы. Результаты хорошие.
Устройство в целом, на момент написания заявки, в реальных условиях эксплуатации не испытывалось.
Однако учитывая, что вторая часть устройства - компараторы 8, 9, и 10, первый элемент "ИI" - 11, селектор по длительности 12 и коммутатор 13 выполнены на основе широко известных типовых элементов дискретной техники и не требуют серьезной доводки и испытаний, то сомнений в ее работоспособности нет. Эффективность отсева гидрометеоров и остатка шумов по минимальному уровню проверялась при проверке первой части устройства. На выходе сумматора 7 был установлен ограничитель сигналов по минимуму для решения тех же задач.
Экономическая эффективность от использования предложенного устройства может быть высокой и исчисляется десятками и сотнями тысяч. Конструктивно техническая реализация устройства не сложна и не требует больших материальных затрат. Возможность достижения тех же результатов с помощью одного конкретного устройства авторам не известна. Достичь тех же результатов при программной обработке видеосигналов на ЦВМ или микропроцессорах, путем анализа в шумах их длительности и амплитуды в широком спектре шумовых всплесков и импульсных помех, весьма сложно.
Для обработки видеосигналов средствами вычислительной техники, в реальном масштабе времени поступления информации, потребуются ЦВМ с особо высоким быстродействием. Для детальной обработки одного информационного кванта по дальности требуется значительное машинное время. Получить те же результаты аппаратурным путем так же довольно сложно. Потребуется использовать большое число различных технических решений, как по высокочастотному тракту, так и по видеоканалу. При обработке цифровыми методами необходимы большие объемы оперативной быстродействующей памяти. Селектор по длительности 12 содержит и скрытые возможности. Если длительность импульса на выходе ждущего мультивибратора I 16 сделать переменной, т.е. переключаемой от внешних органов управления, то на выходе селектора по длительности 12 можно получить сигналы, зависящие от длительности сигнала на его входе. Введя необходимые градации по длительности входного импульса и соответствующие признаки для ЦВМ - большая, средняя и малая цель, например, по сигналам переключения ждущего триггера I - 16, то можно определить и размер выделяемой цели. Изменение длительности импульса от цели, в зависимости от ее пространственного положения относительно РЛС, может быть учтено ЦВМ по количеству импульсов в пачке на том или другом ракурсе цели.