РАЗЛИЧИТЕЛЬ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
RADAR SIGNAL DISCRIMINATOR WITH INTRAPULSE FREQUENCY MODULATION

Изобретение относится и приемным устройствам импульсной информации, работающим в широком диапазоне параметров модуляции сигналов и предназначено для использования в системах радиотехнической разведки (РТР) и пассивных системах целеуказания (ПСЦУ) в качестве аппаратуры для различения сигналов по виду внутриимпульсной модуляции.
В настоящее время известны устройства для различения сложных радиолокационных сигналов по виду внутриимпульсной модуляции и измерения их параметров модулирующих функций.
Известно устройство, которое формирует признак вида модуляции сигналов с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и бинарной (0, π) фазовой манипуляцией (ФМ), а также измеряет частоту биений ЛЧМ сигналов и определяет число перебросов фазы в коде ФМ сигналов.
Недостатком известного устройства является узкий диапазон рабочих частот при анализе ФМ сигналов, а также низкая чувствительность.
Другое устройство также формирует признак вида модуляции и производит измерение параметров модуляции ЛЧМ и ФМ сигналов. Известное устройство отличается высокой чувствительностью, однако узкий диапазон рабочих частот и узкий диапазон анализируемых параметров модуляции сложных сигналов существенно ограничивают его практическое использование.
Устройства по авт. свид. №1840896 (заявка №2206387 от 5.07.76 г.) и авт. свид. №1840900 (заявка №2229070 от 19.12.77 г.) производят те же операции, что первый и второй аналоги, характеризуются высокой чувствительностью, широким диапазоном изменения рабочих частот и параметров модуляции сложных сигналов. Эти устройства исключают прохождение на их выходы простых радиоимульсных сигналов.
Устройство по авт. свид. №1840877 (заявка на изобретение №2235624 от 13.04.78 г.) производит различение импульсных ЛЧМ и ФМ сигналов и измеряет параметры их модулирующих функций. Известное устройство по сравнению с вышеописанными аналогами имеет более высокую достоверность различения ЛЧМ сигналов. Повышение достоверности различения достигнуто благодаря использованию в канале формирования признака ЛЧМ схемы исключения паразитной частотной модуляции, на фронтах реальных простых сигналов.
Следует отметить, что общим недостатком рассмотренных аналогов являются их ограниченные функциональные возможности, которые выражены в том, что известные устройства различают только два вида сложных сигналов - ЛЧМ и ФМ и измеряют параметры их модулирующих функций.
Устройство производит различения ФМ, ЛЧМ и сигналов с внутриимпульсной квадратичной частотной модуляцией (КВЧМ), а также измеряет параметры их модулирующих функций в широком диапазоне частот. В основу различения ЛЧМ и КВЧМ сигналов положено различие откликов автокоррелятора на данные сигналы. В устройстве производится кодирование временных интервалов между ноль-переходами отклика автокоррелятора и определяются текущие разности кодов предыдущего и последующего временных интервалов, которые затем суммируются по модулю. Поскольку при обработке ЛЧМ сигналов расстояние между ноль-переходами напряжения биения постоянны, т.к. отклик автокоррелятора на ЛЧМ сигнал представляет собой биения с постоянной частотой, то суммарный код разностей по выходе устройства близок к нолю. При обработке КВЧМ сигналов интервалы между ноль-переходами разные, т.к. отклик автокоррелятора на КВЧМ сигнал представляет собой биения с линейно изменяющейся частотой.
При этом суммарный код разности на выходе устройства значительно больше ноля, что и является признаком КВЧМ сигнала.
Данное устройство позволяет получить высокую достоверность различения ЛЧМ и КВЧМ сигналов при гладкой (неискаженной) форме огибающих. Такая ситуация имеет место в случае, когда разведуемый источник находится на расстоянии, не превышающем дальность радиогоризонта систем РТР и ПСЦУ.
Исключительно важной задачей систем РТР и ПСЦУ является обнаружение, различение и измерение параметров радиосигналов, источники излучения которых находятся на расстояниях, значительно превышающих дальность радиогоризонта. При этом перехваченные радиосигналы искажены помехами. Искажение сигналов проявляется главным образом в искажении структуры их огибающих. Искажение огибающих ЛЧМ сигналов вызывает искажения формы отклика автокоррелятора, что приводит к перепутыванию ЛЧМ и КВЧМ сигналов.
Проиллюстрируем сказанное на примере. На Фиг.1a представлено напряжение биений на выходе автокоррелятора при неискаженной огибающей ЛЧМ сигнала. В известном устройстве в моменты времени, соответствующие ноль-переходам напряжения биений, формируются стандартные видеосигналы (Фиг.1б). В результате суммирования разностей кодов предыдущего и последующего временных интервалов между ноль-переходами на выходе устройства получим код, значение которого близко к нулю, и импульс на выходе "КВЧМ" устройства отсутствует.
На Фиг.2а представлен график напряжения биений на выходе автокоррелятора, полученный в результате экспериментальных исследований ЛЧМ сигналов с искаженными огибающими.
Сравнивая Фиг.1а и Фиг.2а, видно, что формы напряжения биений различны. Искажения напряжения биений приводит к появлению новых ноль-переходов и, соответственно, к нарушению равенства временных интервалов между ноль-переходами (Фиг.2б).
На выходе известного устройства формируется код суммы разностей временных интервалов, значение которого намного больше ноля. ЛЧМ сигнал с искаженной огибающей будет воспринят данным устройством как сигнал с КВЧМ, т.е. имеет место перепутывания ЛЧМ и КВЧМ сигналов. Таким образом, известное устройство имеет низкую достоверность различения частотно-модулированных сигналов с искаженной огибающей.
Одной из важных задач в современных системах РТР и ПСЦУ является повышение достоверности различения перехваченных радиолокационных сигналов по виду внутриимпульсной модуляции. Решение этой задачи позволит повысить вероятность правильного распознавания типов РЛС вероятного противника и их носителей.
Данное изобретение направлено на повышение достоверности различения ЛЧМ и КВЧМ сигналов с искаженной формой огибающей. Положительный эффект достигается путем введения новых элементов и связей только в ту часть прототипа, которая используется для обработки КВЧМ сигналов. Поэтому в дальнейшим с целью ограничения объема притязаний и упрощения описания предлагаемого в настоящей заявке объекта изобретения считаем целесообразным исключить из функциональной схемы прототипа элементы и связи, не создающие положительного эффекта и функционально не связанные с предлагаемым устройством. Схема прототипа приведена на фиг.3 материалов данной заявки.
Известное устройство содержит автокоррелятор, цепь, состоящую из последовательно соединенных первой линии задержки, первого ключа, второй линии задержки, второго ключа, которую в дальнейшем для простоты изложения материалов данной заявки будем именовать блоком исключения паразитной ЧМ, формирователь управляющих импульсов, последовательно соединенные компаратор, блок совпадения, преобразователь интервал-код, регистр записи, блок вычитания, накапливающий сумматор, логический пороговый блок.
Входы автокоррелятора и формирователя управляющих импульсов соединены вместе и являются входом устройства. Выход автокоррелятора подключен ко входу блока исключения паразитной ЧМ, выход которого соединен со входом компаратора.
Первый выход формирователя управляющих импульсов соединен со вторыми входами блока исключения паразитной ЧМ и блока совпадения, выход которого соединен со вторым входом формирователя управляющих импульсов, третий выход которого соединен со вторым входом регистра записи, второй выход формирователя управляющих импульсов соединен с третьим входом регистра записи и вторыми входами накапливающего сумматора и преобразователя интервал-код, выход которого соединен со вторым входом блока вычитания, четвертый выход формирователя управляющих импульсов соединен с третьим входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с четвертым его входом.
Недостатком известного устройства является низкая достоверность различения ЛЧМ и КВЧМ сигналов с искаженной формой огибающей.
Целью настоящего изобретения является повышение достоверности различения ЛЧМ и КВЧМ сигналов с искаженной формой огибающей.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее автокоррелятор, формирователь управляющих импульсов, последовательно соединенные блок исключения паразитной ЧМ и компаратор, логический пороговый блок, входы автокоррелятора и формирователя управляющих импульсов соединены вместе и являются входом устройства, выход автокоррелятора подключен ко входу блока исключения паразитной ЧМ, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя управляющих импульсов, дополнительно введены линия задержки, первая цепь, состоящая из последовательно соединенных ключа, счетчика, блок сравнения, вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных ключа, счетчика, блока деления, последовательно включенные измеритель длительности и формирователь полустробов, выход компаратора соединен со входом линии задержки, выход которой подключен к соединенным вместе входам ключей первой и второй цепи, выход счетчика первой цепи соединен со вторым входом блока деления, выход счетчика второй цепи подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен с третьим входом блока деления, выход которого подключен ко входу логического порогового блока, первый и второй выходы формирователя полустробов соответственно соединены со входами управления ключей первой и второй цепи, второй вход формирователя полустробов соединен со входом измерителя длительности и подключен к первому выходу формирователя управляющих импульсов, второй выход которого подключен ко входам сброса счетчиков первой и второй цепи, измерителя длительности и формирователя полустробов, выход управления формирователя управляющих импульсов подключен к четвертому входу блока деления.
Введение в известное устройство дополнительных элементов и связей позволило получить новый эффект - повысить достоверность различения ЛЧМ и КВЧМ сигналов с искаженной огибающей.
На Фиг.4 изображена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит автокоррелятор 1, ключи 2, 3, формирователь управляющих импульсов 4, блок исключения паразитной ЧМ 5, счетчики 6, 7, измеритель длительности 8, компаратор 9, блок сравнения 10, блок деления 11, формирователь полустробов 12, линию задержки 13, логический пороговый блок 14.
Входы автокоррелятора 1 и формирователя 4 соединены вместе и являются входом устройства. Выход автокоррелятора 1 подключен к первому входу блока 5. Компаратор 9 и линия задержки 13 соединены последовательно. Выход блока 5 подключен ко входу компаратора 9. Входы первой цепи, состоящей из последовательно соединенных ключа 2, счетчика 6, блока сравнения 10 и второй цепи, состоящей из последовательно соединенных ключа 3, счетчика 7 блока деления 11, соединены вместе и подключены к выходу линии задержки 13. Выход счетчика 6 подключен ко второму входу блока 11, выход счетчика 7 подключен ко второму входу блока 10, выход которого соединен с третьим входом блока 11, выход которого подключен ко входу логического порогового блока 14. Выход измерителя 8 подключен ко входу формирователя полустробов 12, первый и второй выходы которого подключены ко входам управления ключей 2 и 3 соответственно. Вторые входы формирователя 12, блока 5 и вход измерителя 8 соединены вместе и подключены к первому выходу формирователя 4, второй выход которого соединен со входами сброса счетчиков 6, 7 измерителя 8, формирователя 12. Выход управления формирователя 4 соединен с четвертым входом блока деления 11.
Выходом устройства является выход "КВЧМ" логического порогового блока 14.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства.
Пусть на вход устройства поступает ЛЧМ сигнал.
Отклик автокоррелятора 1 на ЛЧМ радиосигнал с искаженной огибающей представляет собой напряжение биений, изображенное на Фиг.2а. Напряжение биений с выхода автокоррелятора 1 поступает на блок 5, который открывается импульсом формирователя 4, на время, соответствующее длительности огибающей τ, входного сигнала. Блок 5 исключает из обработки паразитную частотную модуляцию на фронтах сигналов. Напряжение биений с выхода блока 5 поступает на компаратор 9, который формирует короткие видеоимпульсы, в моменты времени, соответствующие ноль-переходам напряжения биений (Фиг.2б).
Импульсы компаратора 9 поступают на линию задержки 13, где задерживаются на время максимальной длительности входного сигнала. С первого выхода формирователя 4 видеоимпульс длительностью τ поступают на первый вход измерителя 8 и на второй вход формирователя 12.
В формирователе 8 вырабатывается двоичный код длительности входного сигнала. Этот код подается на первый вход формирователя 12, который вырабатывает два полустроба длительностью τ/2, расположенных последовательно во времени.
1,ЛЧМ
2,ЛЧМ
1,ЛЧМ
2,ЛЧМ
Временное положение переднего фронта первого полустроба соответствует заднему фронту входного сигнала. Первый и второй полустробы, поступающие с первого и второго выходов формирователя 12, открывают ключи 2 и 3. При этом видеоимпульсы с выхода линии задержки 13 поступают на входы счетчиков 6, 7. На выходах счетчиков 6, 7 имеется двоичное число импульсов соответственно за первую и вторую половины длительности сигнала. При обработке ЛЧМ сигналов с искаженной огибающей количества ноль-переходов напряжения биений за время первого N и второго N примерно равны, т.е. N≈ N.
1,ЛЧМ
2,ЛЧМ
Код числа N с выхода счетчика 6 подается на первый вход блока сравнения 10 и на второй вход блока деления 11. Код N с выхода счетчика 7 подается на первый вход блока 11 и на второй вход блока сравнения 10.
1,ЛЧМ
2,ЛЧМ
3, ЛЧМ
3,ЛЧМ
3,ЛЧМ
В блоке 10 происходит сравнение кодов N и N. При этом в блок 11 с выхода блока 10 выдается признак большего кода. В блоке 11 по команде формирователя 4 (выход управления), поступающей на четвертый вход блока 11, производится деление кода большего числа на код меньшего числа ноль-переходов. В результате деления на выходе блока 11 имеем код N, численное значение у которого близко к единице N≈1. Порог срабатывания блока 14 выбран таким образом, что при 1<N<2 логический пороговый блок 14 не срабатывает и информация на выходе "КВЧМ" устройства отсутствует, т.е. повышается достоверность различения сигналов. После окончания процесса измерений со второго выхода формирователя 4 импульсы сброса поступают на входы сбросов счетчиков 6 и 7, измерителя 8 и формирователя 12 и подготавливают эти элементы к отработке следующего сигнала.
Рассмотрим особенности работы предлагаемого устройства при обработке КВЧМ сигналов. В данном случае алгоритм обработки аналогичен алгоритму обработки ЛЧМ сигнала, рассмотренному выше.
1,КВЧМ
2,КВЧМ
Отклик автокоррелятора 1 на КВЧМ сигнал с неискаженной огибающей представляет собой, как было отмечено, ранее низкочастотное напряжение биений с линейно изменяющейся частотой. В счетчиках 6 и 7 записываются коды, соответствующие количеству ноль-переходов напряжения биений за время первого (N) и второго (N) полустробов. При этом отношение чисел
<mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mn>3,</mn><mtext> КВЧМ</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mn>1,</mn><mtext> КВЧМ</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mn>2,</mn><mtext> КВЧМ</mtext></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>></mo><mo>></mo><mn>1</mn></mrow>
намного больше единицы.
1,КВЧМ
2,КВЧМ
3,КВЧМ
3,КВЧМ
Следовательно, на выходе блока 11 в результате деления кодов N на N будем иметь код N, численное значение которого больше двух. Число N превышает порог блока 14.
На выходе КВЧМ устройства формируется импульс признака приема КВЧМ сигнала.
3,КВЧМ
При искаженной огибающей КВЧМ сигнала (как и в случае ЛЧМ сигнала с искаженной огибающей) имеет место дробление ноль-переходов. Однако число N при этом остается практически таким же, как и при неискаженной форме огибающей КВЧМ сигнала.
В предлагаемом устройстве все элементы выполнены по известным типовым схемам современной цифровой техники.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить новый эффект - повысить достоверность различения ЛЧМ и КВЧМ сигналов с искаженной формой огибающей.
Это позволяет в системах РТР и ПСЦУ улучшить качество решения задач селекции и идентификации сигналов, повысить вероятность правильного распознавания типов РЛС и их носителей, а также повысить эффективность радиоэлектронного подавления РЛС вероятного противника системами радиопротиводействия.