УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЛОЖНОГО СИГНАЛА

Полезная модель относится к технике корреляционных приемников и может быть использована в радиолокационных станциях со сложным квазинепрерывным зондирующим сигналом при обнаружении целей в широком диапазоне доплеровских частот.
Отличительной особенностью РЛС со сложным квазинепрерывным сигналом является большая длительность и широкий спектр излучаемого сигнала. Для согласованной обработки таких сигналов предпочтительными являются устройства корреляционно-фильтровой обработки сигнала, состоящие из набора демодуляторов сложного сигнала и гребенки доплеровских фильтров (Слока В.К. Вопросы обработки радиолокационных сигналов. М., Советское радио, 1970. - C.114). Однако корреляционно-фильтровая схема имеет ограничения при обработке сложных квазинепрерывных сигналов с большой базой в широком диапазоне доплеровских частот. Они связаны с тем, что высокоскоростная цель за время, равное длительности сигнала может пролететь расстояние, сопоставимое или превышающее размер элемента разрешения по дистанции. При этом движение цели вызывает не только доплеровское смещение частоты, но и изменение длительности сигнала, которое необходимо учитывать при его согласованной обработке.
Наиболее близким к настоящей полезной модели по технической сущности и достигаемому результату при использовании является устройство для обработки сложного сигнала по патенту (RU №34757 U1, МПК 7 G 01 S 7/28, 2003).
Известное устройство (см. фиг.1) можно представить в виде последовательно соединенных генератора 1 тактовых импульсов (генератор 1 ТИ), блока 2 формирования опорных сигналов (блок 2 ФОС), блока 3 сжатия сегментов сигнала (блок 3 ССС), вход которого является входом устройства, и блока 4 спектральной обработки (блок 4 СО), выход которого является выходом устройства, а также блока 5 формирования сигналов синхронизации (блок 5 ФСС), вход которого подключен к выходу генератора 1 ТИ, а выход соединен шиной синхронизации с третьим входом блока 3 ССС и с вторым входом блока 4 СО.
Блок 3 ССС содержит N корреляторов сегмента сигнала, каждый из которых содержит последовательно соединенные перемножитель и интегратор с памятью и сбросом, и мультиплексор с их связями. Первым входом блока 3 ССС являются вторые
входы N перемножителей, подключенные шиной опорных сигналов к выходу блока 2 ФОС. Вторым входом блока 3 ССС, на который поступает входной сигнал, являются первые входы N перемножителей. Тактовые входы и входы сброса N интеграторов с памятью и сбросом, а также адресные входы мультиплексора объединены в общую шину синхронизации блока и являются третьим входом блока 3 ССС.
Блок 4 СО содержит первое ОЗУ, второе ОЗУ, процессор БПФ и детектор огибающей с их связями. Первым входом блока СО являются информационные входы первого ОЗУ и второго ОЗУ, а выходом - выход детектора огибающей. Адресные, тактовые входы и входы запись - считывание первого ОЗУ и второго ОЗУ объединены в общую шину синхронизации блока и являются вторым входом блока 4 СО.
Блок 5 ФСС содержит делитель частоты, вход которого является входом блока 5 ФСС, двоичный счетчик элемента дальности, двоичный счетчик сегментов сигналов триггер запись - считывание и коммутатор с их связями. Выходы блоков, входящих в состав блока 5 ФСС, объединены в общую шину синхронизации блока, которая является вторым выходом блока 5 ФСС.
Устройство реализует сегментную свертку сложных сигналов и обеспечивает параллельную обработку сигнала в широком диапазоне задержек и доплеровских сдвигов частоты при уменьшении затрат на аппаратурную реализацию устройства. Однако устройство-прототип при использовании квазинепрерывного сигналов с большой базой также имеет ограничение на максимальную величину доплеровского сдвига частоты обрабатываемого сигнала.
Корреляционно-фильтровая схема обработки сложного сигнала может быть применена, если выполняется условие
t
S
0
V·T<d,
t
где V - радиальная скорость цели,
S
T - длительность сигнала,
0
d - разрешающая способность сигнала по дальности.
После несложных преобразований, использующих известные соотношения между параметрами сложного сигнала и доплеровским сдвигом частоты, получаем ограничение на максимальную величину доплеровского сдвига частоты сигнала, обрабатываемого одним каналом обработки
0
где f - несущая частота зондирующего сигнала,
В - величина базы сложного сигнала.
0
6
Например, при f=10 Ггц и B=10, максимальная величина доплеровского сдвига частоты обрабатываемого сигнала ΔF составляет 10 Кгц, то есть это ограничение существенно при обработке квазинепрерывных сигналов с большой базой, отраженных от высокоскоростных целей.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в создании устройства, обеспечивающего обработку квазинеперыных сигналов с большой базой при обнаружении целей в широком диапазоне доплеровских сдвигов частоты.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении диапазона анализируемых доплеровских сдвигов частоты.
Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата достигается тем, что в устройство для обработки сложного сигнала, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов (генератор ТИ), блок формирования опорных сигналов (блок ФОС), первый блок сжатия сегментов сигнала (блок ССС), вход которого является входом устройства, и первый блок спектральной обработки (блок СО), а также блок формирования сигналов синхронизации (блок ФСС), вход которого подключен к выходу генератора ТИ, а выход соединен шиной синхронизации с третьим входом первого блока ССС и с вторым входом первого блока СО, введены генератор высокочастотных тактовых импульсов (генератор ВТИ), вход которого подключен к выходу генератора ТИ, К блоков нониусной задержки (НЗ), К гетеродинов, К перемножителей, К дополнительных блоков ССС, К дополнительных блоков СО и мультиплексор, при этом первые, вторые и третьи входы К блоков НЗ подключены соответственно к выходу блока ФОС, к выходу генератора ВТИ и к выходу блока ФСС, а выходы соединены с первыми входами К дополнительных блоков ССС, вторые входы которых подключены к выходам К перемножителей, третьи входы подключены к выходу блока ФСС, а выходы соединены с входами К дополнительных блоков СО, выходы К гетеродинов соединены с входами К премножителей, входы первого блока СО и К дополнительных блоков СО соединены с раздельными входами мультиплексора, вход управления которого подключен к выходу блока ФСС, а выход является выходом устройства.
Расширение диапазона анализируемых доплеровских сдвигов частоты в заявляемом устройстве обеспечивается за счет разбиения заданного диапазона доплеровских частот на К+1 участков, которые обрабатываются параллельно. Возможность параллельной обработки достигается за счет введения дополнительных
блоков с их связями. Введение К гетеродинов и К премножителей обеспечивает смещение входного сигнала, подаваемого на каждый дополнительный канал обработки на величину, кратную диапазону доплеровских сдвигов частоты, анализируемых одним каналом. Блоки НЗ обеспечивают изменение длительности опорного сигнала, которое компенсирует изменение длительности квазинепрерывного сигнала с большой базой, обусловленного движением цели за время когерентной обработки сигнала.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлены:
на фиг.1 - структурная электрическая схема устройства прототипа;
на фиг.2 - структурная электрическая схема заявляемого устройства;
на фиг.3 - структурная электрическая схема блока нониусной задержки.
Устройство (см. фиг.2) содержит К+1 каналов корреляционно-фильтровой сегментной обработки сигналов. Первый канал образуют последовательно соединенные блок 3 ССС, второй вход которого является входом устройства, и блок 4 СО. Остальные К каналов состоят из последовательно соединенных блоков 10-1...10-К ССС и блоков 11-1...11-К СО. Второй вход блока 3 ССС соединен с вторыми входами перемножителей 9-1...9-К, к первым входам которых подключены выходы гетеродинов 8-1...8-К соответственно. Выход блока 1 генератора ТИ соединен с входами блока 2 ФОС, блока 5 ФСС и генератора 6 ВТИ, выход которого соединен с вторыми входами блоков 7-1...7-К НЗ. Выход блока 2 ФОС соединен с первым входом блока 3 ССС и через блоки 7-1...7-К НЗ с первыми входами блоков 10-1...10-К ССС, к вторым входам которых подключены выходы перемножителей 9-1...9-К соответственно. Выход блока 5 ФСС соединен шиной синхронизации с третьими входами блоков 3, 10-1...10-К ССС, с вторыми входами блоков 4, 11-1...11-К СО, с третьими входами блоков 7-1...7-К НЗ и с входом управления мультиплексора 12, выход которого является выходом устройства. Раздельные входы мультиплексора 12 подключены к выходам блоков 4 и 11-1...11-К СО.
Блоки 1-5, 10-1...10-К и 11-1...11-К не имеют конструктивных особенностей по сравнению с соответствующими блоками прототипа. Генератор 6 ВТИ, который формирует тактовые импульсы с увеличенной в К раз частотой следования, перемножители 9-1...9-К, гетеродины 8-1...8-К и мультиплексор 12 являются общеизвестными элементами.
Каждый блок 7-1...7-К НЗ содержит регистр 13 сдвига, информационный вход которого является первым входом блока 7, двоичный счетчик 14, тактовый вход которого соединен с тактовым входом регистра 13 сдвига и является вторым входом блока 7, третьим входом которого является вход сброса двоичного счетчика 14, и
мультиплексор 15, информационный и адресный входы которого подключены к выходу регистра 13 сдвига и выходу двоичного счетчика 14, соответственно, а выход является выходом блока 7. Блоки 7-1...7-К НЗ обеспечивают сдвиг опорного сигнала на дробную часть такта модулирующей последовательности опорного сигнала. Скорость изменения длительности опорного сигнала на выходе мультиплексора 15 зависит от номера К канала обработки и определяется разрядом адресного сигнала, поступающего на вход мультиплексора 15 К-го канала. Группа разрядов на выходе двоичного счетчика 14 сдвигается на один разряд в сторону младших разрядов по мере увеличения номера канала.
Устройство работает следующим образом.
dmax
+
dmax
1
0
0
На вход устройства (второй вход блока 3 ССС и вторые входы перемножителей 9) поступает входной сигнал, подлежащий обработке в диапазоне анализируемых доплеровских сдвигов частоты от - F до F. Для определенности будем считать, что входной сигнал представлен в виде двух квадратурных компонент, прошедших аналогово-цифровое преобразование с частотой f=1/Т, где Т - временной дискрет сложного квазинепрерывного сигнала, задаваемый генератором 1 ТИ.
+
dmax
+
dmax
Если ограничить диапазон сдвигов частоты, анализируемый одним каналом корреляционно-фильтровой сегментной обработки, от -ΔF/2 до, ΔF/2, то число К каналов для перекрытия требуемого диапазона доплеровских сдвигов частоты от - F до F определяется из соотношения
dmax
K=2F/ΔF-1.
Диапазон доплеровских сдвигов частоты для каждого канала обработки составляет . Параллельное включение таких каналов со смещением входного сигнала, поступающего на входы К каналов обработки на величину, кратную ΔF, обеспечивает перекрытие требуемого диапазона доплеровского сдвига частоты. Ключевыми элементами устройства являются блоки 7-1...7-К нониусной задержки. На тактовые входы регистра 13 сдвига и двоичного счетчика 14 поступают тактовые импульсы с частотой, в К раз превышающей частоту тактовых импульсов опорного сигнала. Сброс двоичного счетчика 14 производится импульсами полной длительности сигнала. На информационный вход регистра 13 сдвига поступает опорный сигнал, задержка которого на выходе мультиплексора 15 плавно (с мелким шагом, равным К долям интервала дискретизации входного сигнала) изменяется на один элемент разрешения по задержке за время когерентной обработки сигнала. В каналах обработки сигналов с положительными сдвигами частоты задержка уменьшается, а в каналах с
отрицательными сдвигами частоты - увеличивается. После окончания времени обработки сигнала задержка в блоках 7 НЗ устанавливается в исходное состояние и процесс повторяется. Таким образом, блоки 7-1...7-К НЗ обеспечивают компенсацию изменения длительности квазинепрерывного сигнала с большой базой, обусловленного движением цели, за время когерентной обработки сигнала в данном канале.
Основной и дополнительные каналы обработки реализуют сегментную корреляционно-фильтровую обработку сложных сигналов в соответствующем диапазоне доплеровских сдвигов частоты аналогично прототипу (RU №34757 U1, МПК 7 G 01 S 7/28, 2003) и обеспечивают формирование отметок целей с доплеровскими сдвигами частоты, попадающими в данный диапазон. Выходные отметки К+1 каналов обработки объединяются в один поток путем их временного объединения мультиплексором 12.
Таким образом, на выходе рассматриваемого устройства появляются результаты обработки сложного сигнала во всем анализируемом диапазоне доплеровских сдвигов частоты.