РЕГИСТРАЦИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИМПУЛЬСОВ ПОСРЕДСТВОМ ЦИФРОВОГО РАДИОЛОКАЦИОННОГО ПРИЕМНИКА
RADAR PULSE DETECTION USING DIGITAL RADAR RECEIVER

Область техники
Настоящее изобретение относится к регистрации радиолокационных импульсов. В частности, оно относится к регистрации радиолокационных импульсов посредством цифрового радиолокационного приемника.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к системе, способу и устройству для регистрации радиолокационных импульсов посредством цифрового радиолокационного приемника. В частности, раскрытый способ включает операцию подачи по меньшей мере одного радиолокационного сигнала на вход устройства смешивания сигналов. Способ, кроме того, включает смешивание по меньшей мере одного радиолокационного сигнала с сигналом смешивания для преобразования с понижением частоты по меньшей мере одного радиолокационного сигнала. Кроме того, способ включает применение фильтрации с подавлением шумов в отношении по меньшей мере одного сигнала, преобразованного с понижением частоты и выработанного устройством смешивания сигналов. Кроме того, способ включает операцию подачи по меньшей мере одного отфильтрованного сигнала на вход аналого-цифрового преобразователя для преобразования по меньшей мере одного отфильтрованного сигнала из аналогового сигнала в цифровой сигнал. Кроме того, способ включает использование цифрового разделения на каналы в отношении по меньшей мере одного цифрового сигнала, выданного на выходе аналого-цифрового преобразователя, для сортировки по меньшей мере одного цифрового сигнала по различным полосам частот. Кроме того, способ включает использование регистрации радиолокационных импульсов в отношении по меньшей мере одного отсортированного цифрового сигнала для выделения радиолокационных импульсов из шума. Кроме того, способ включает использование операции вычисления параметров в отношении зарегистрированных радиолокационных импульсов для вычисления параметров зарегистрированных радиолокационных импульсов.
В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения способ кроме того включает прием по меньшей мере одного радиолокационного сигнала по меньшей мере одной антенной. По меньшей мере в одном варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере один радиолокационный сигнал представляет собой радиочастотный сигнал. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения сигнал смешивания представляет собой синусоидальный сигнал.
По меньшей мере в одном варианте реализации настоящего изобретения способ кроме того включает выработку, посредством генератора частоты, сигнала смешивания. В одном варианте или в нескольких вариантах реализации настоящего изобретения по меньшей мере один радиолокационный сигнал подвергнут преобразованию с понижением частоты до промежуточной частоты. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения различные полосы частот, в которые отсортирован по меньшей мере один цифровой сигнал, представляют собой смежные полосы частот. В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения операция регистрации радиолокационных импульсов регистрирует радиолокационные импульсы посредством разделения радиолокационных импульсов, попадающих в различные каналы, претерпевающих перекрытие в смежных каналах и претерпевающих перекрытие во временной области. По меньшей мере в одном варианте реализации настоящего изобретения вычисляемые параметры представляют собой энергию, частоту, амплитуду, длительность импульса и/или частоту повторения импульсов. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения вычисляемые параметры обеспечивают определение характеристик источника радиолокационных импульсов и/или определение целевого параметра.
В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения система для регистрации радиолокационных импульсов посредством цифрового радиолокационного приемника, содержит устройство смешивания сигналов, фильтр подавления шумов, аналого-цифровой преобразователь, цифровое устройство образования каналов, детектор радиолокационных импульсов и устройство вычисления параметра. В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения устройство смешивания сигналов выполнено для смешивания по меньшей мере одного радиолокационного сигнала с преобразованием с понижением частоты по меньшей мере одного радиолокационного сигнала. Кроме того, фильтр подавления шумов выполнен для применения фильтрации с подавлением шумов по меньшей мере к одному сигналу, преобразованному с понижением частоты, выходящему из устройства смешивания сигналов. Кроме того, аналого-цифровой преобразователь выполнен для преобразования по меньшей мере одного отфильтрованного сигнала из аналогового сигнала в цифровой сигнал. Кроме того, цифровое устройство образования каналов выполнено для цифрового разделения на каналы в отношении по меньшей мере одного цифрового сигнала, поданного на выход аналого-цифрового преобразователя, для сортировки по меньшей мере одного цифрового сигнала по различным полосам частот. Кроме того, детектор радиолокационных импульсов используют для регистрации радиолокационных импульсов с выделением их из шума для по меньшей мере одного отсортированного цифрового сигнала. Кроме того, устройство вычисления параметра выполнено для вычисления параметров зарегистрированных радиолокационных импульсов.
По меньшей мере в одном варианте реализации настоящего изобретения система, кроме того, содержит по меньшей мере одну антенну, причем по меньшей мере одна антенна выполнена для приема по меньшей мере одного радиолокационного сигнала. В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения по меньшей мере один радиолокационный сигнал представляет собой радиочастотный сигнал. По меньшей мере в одном варианте реализации настоящего изобретения сигнал смешивания представляет собой синусоидальный сигнал. В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения система кроме того содержит генератор частоты, причем генератор частоты выполнен для выработки сигнала смешивания. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения по меньшей мере один радиолокационный сигнал подвергнут преобразованию с понижением частоты до промежуточной частоты.
В одном или нескольких вариантах реализации настоящего изобретения различные полосы частот, в которые отсортирован по меньшей мере один цифровой сигнал, представляют собой смежные полосы частот. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения операция регистрации радиолокационных импульсов регистрирует радиолокационные импульсы посредством разделения радиолокационных импульсов, попадающих в различные каналы, претерпевающих перекрытие в смежных каналах и претерпевающих перекрытие во временной области. По меньшей мере в одном варианте реализации настоящего изобретения вычисляемые параметры представляют собой энергию, частоту, амплитуду, длительность импульса и/или частоту повторения импульсов. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения вычисляемые параметры обеспечивают определение характеристик источника радиолокационных импульсов и/или определение целевого параметра.
Характерные особенности, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах реализации настоящего изобретения или могут быть объединены в других вариантах реализации настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие характерные особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятными после прочтения последующего описания, приложенных пунктов формулы изобретения и рассмотрения сопровождающих чертежей, где:
На фиг. 1 показана системная диаграмма цифрового радиолокационного приемника в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2 показана блок-схема последовательности операций при работе цифрового радиолокационного приемника по фиг. 1 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3 показана системная диаграмма операции разделения на каналы посредством многофазного набора фильтров в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 4 показана системная диаграмма последовательности операций по многоканальной регистрации импульсов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 5 показана блок-схема функционального блока вычисления огибающей сигнала по фиг. 4 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 6А показаны взятые в качестве примера претерпевающие перекрытие импульсы Типа I в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 6В показаны взятые в качестве примера претерпевающие перекрытие импульсы Типа II в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг.7 показана блок-схема последовательности операций по разделению импульсов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 8 показано разделение претерпевающих перекрытие импульсов Типа I по фиг. 6А в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 9 показано разделение претерпевающих перекрытие импульсов Типа II по фиг. 6В в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 10 показан взятый в качестве примера объединенный сигнал, содержащий пять радиолокационных сигналов и имеющий отношение сигнал-шум в 15 децибелов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 11 показано пять каналов взятого в качестве примера объединенного сигнала по фиг. 10 после цифрового разделения на каналы в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 12 показаны результаты многоканальной регистрации по пяти каналам по фиг. 11 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 13 показана усредненная частота регистрации, достигнутая по пяти каналам по фиг. 11 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
На фиг. 14 показан пример разделения претерпевающих перекрытие импульсов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
Описание изобретения
Раскрытые здесь способы и устройства предлагают действующую систему для регистрации радиолокационных импульсов. В частности, эта система относится к регистрации радиолокационных импульсов посредством цифрового радиолокационного приемника.
При ведении радиоэлектронной борьбы (EW) радиолокационные станции работают в окружающей среде с очень плотными концентрациями электронных сигналов. В результате радиолокационные станции могут принимать тысячи или миллионы радиолокационных импульсов каждую секунду. Регистрация и сортировка радиолокационных импульсов, испускаемых различными радиолокационными станциями, представляет собой сложную задачу в радиоэлектронной борьбе. Настоящее изобретение предлагает систему регистрации радиолокационных импульсов, использующую цифровое разделение на каналы, и способы регистрации в совместных каналах для регистрации и разделения радиолокационных импульсов, испускаемых различными радиолокационными излучателями. Главные характерные особенности настоящего изобретения состоят в: 1) способе цифрового разделения на каналы для выделения радиолокационных импульсов из их смесей; 2) способе многоканальной регистрации для регистрации радиолокационных импульсов и 3) новом способе разделения претерпевающих перекрытие радиолокационных импульсов. Результаты экспериментов показывают, что раскрытая система регистрации радиолокационных импульсов пригодна для регистрации и разделения смеси радиолокационных импульсов в среде с очень высоким уровнем шумов.
В настоящее время в радиоэлектронной борьбе существующие радиолокационные станции используют много различных типов аналоговых/оптических приемников для выполнения различных функций. Однако эти аналоговые/оптические приемники неэффективны ни с вычислительной точки зрения, ни по стоимости. Один цифровой радиолокационный приемник может заменить много типов таких радиолокационных приемников и выполнить много радиолокационных задач. Цель настоящего изобретения состоит в разработке улучшенных способов регистрации радиолокационных импульсов, предназначенных для использования с цифровыми радиолокационными приемниками. Кроме того, настоящее изобретение предлагает структуру для использования цифровых радиолокационных приемников.
Большинство существующих радиолокационных приемников представляет собой аналоговые/оптические приемники. Таким образом, обычные способы регистрации радиолокационных импульсов основаны на аналоговых/оптических способах обработки сигнала, которые не эффективны и расходуют больше энергии, чем цифровые вычислительные способы. Раскрытый способ регистрации импульса основан на способах цифровой обработки сигналов, которые более производительны и расходуют намного меньше энергии, чем существующие аналоговые/оптические способы обработки сигналов. С развитием крупномасштабных цифровых вычислительных технологий цифровые приемники стали обеспечивать возможность выполнения разнообразных сложных функций посредством одного приемного блока и реализации чрезвычайно сложных алгоритмов при проведении вычислений в режиме реального времени. При использовании технологий, основанных на программируемой пользователем вентильной матрице, цифровые приемники обеспечивают возможность адаптации алгоритмов для соответствия различным применениям. Один цифровой приемник обеспечивает наличие большой вычислительной мощности в пределах небольшого блока.
В последующем описании сформулированы многочисленные подробности, обеспечивающие более полное описание системы. Однако, специалистам в данной области техники очевидно, что раскрытая система может быть выполнена без этих указанных подробностей. В других случаях известные особенности не были описаны подробно, чтобы не затенять систему излишним образом.
1. ВВЕДЕНИЕ
В радиоэлектронной борьбе современная радиолокационная система часто должна использовать несколько различных типов радиолокационных приемников, предназначенных для выполнения различных функций, что делает радиолокационную систему неэффективной и дорогой. С развитием цифровых вычислительных технологий цифровые радиолокационные приемники стали обеспечивать возможность выполнения разнообразных функций посредством одного приемного блока. Цифровые радиолокационные приемники обладают многими преимуществами по сравнению с существующими аналоговыми/оптическими радиолокационными приемниками, например, проведением вычислений в режиме реального времени, малым расходом энергии, возможностью изменения алгоритмов/конфигураций во время работы, низкой стоимостью производства и малым размером. Как таковые, цифровые радиолокационные приемники представляют собой хорошую возможность стать ключевой технологией для будущих технологий радиоэлектронной борьбы. В настоящем описании представлена вычислительная структура для цифрового радиолокационного приемника.
Радиолокационные станции, работающие в применениях, связанных с радиоэлектронной борьбой, обычно должны работать в окружающей среде с очень большими концентрациями электронных сигналов, что означает возможность приема радиолокационными станциями тысяч или миллионов радиолокационных импульсов каждую секунду. Наличие смеси большого количества радиолокационных импульсов превращает регистрацию и разделение радиолокационных импульсов в очень сложную задачу, стоящую перед радиолокационными приемниками в радиоэлектронной борьбе. Раскрыта система регистрации радиолокационных импульсов, использующая цифровой радиолокационный приемник. Кроме того, способ цифрового разделения на каналы, использующий многофазный набор фильтров, обеспечивает возможность разделения радиолокационных импульсов, излученных различными радиолокационными излучателями. Для выделения радиолокационных импульсов из шума и помех применен способ многоканальной регистрации, использующий информацию, получаемую из множества смежных каналов, для регистрации радиолокационных импульсов. Кроме того, способ, использующий разрыв непрерывности огибающих сигнала, применен для разделения радиолокационных импульсов, претерпевающих перекрытие во временной области. Результаты эксперимента показывают, что раскрытая система регистрации радиолокационных импульсов пригодна для регистрации и разделения радиолокационных импульсов в среде с высоким уровнем шумов и высокой плотностью электронных сигналов.
2. ЦИФРОВОЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК
Главное преимущество использования цифрового радиолокационного приемника состоит в том, что он может обрабатывать радиолокационные данные, используя мощность цифрового вычислительного устройства. По существу, использование цифрового радиолокационного приемника обеспечивает возможность выполнения разнообразных функций посредством одного приемного блока, обработки сложных радиолокационных данных в режиме реального времени, достижения очень низкого расхода энергии и наличия мощного радиолокационного приемника, небольшого по размеру и легкого. В идеале, цифровой приемник способен обрабатывать сырые радиолокационные данные, непосредственно получаемые от радиолокационной антенны. Однако, это требует аналого-цифрового преобразователя с очень высокой тактовой частотой и очень широкой полосой пропускания, что недоступно для современных технологий. Более практичный цифровой радиолокационный приемник обычно содержит устройство смешивания аналоговых сигналов, выполненное для преобразования радиолокационных сигналов с понижением частоты в диапазон промежуточных частот.
На фиг. 1 показана системная диаграмма цифрового радиолокационного приемника 100 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. На этой фигуре радиолокационная система 100 содержит часть 102 аналоговой обработки и часть 105 цифровой обработки. В части 102 аналоговой обработки происходит прием радиолокационных сигналов (то есть, радиочастотных сигналов) антенной 110. Частота этих сигналов слишком высока, чтобы была обеспечена возможность их непосредственного преобразования в цифровые сигналы и обработки в цифровой форме. Таким образом, эти сигналы поданы на вход устройства 120 смешивания сигналов для преобразования сигналов с понижением частоты в диапазон промежуточных частот. Преобразование с понижением частоты выполнено посредством смешивания (например, умножения) в устройстве 120 смешивания сигналов от антенны 110 с синусоидальным сигналом, выработанным генератором 130 частоты. Получаемые в результате сигналы имеют частотные компоненты, представляющие собой сумму и разность радиочастот и частоты синусоиды, вырабатываемой генератором 130 частоты.
Затем операция 140 фильтрации с подавлением шумов применена к сигналам для ограничения ширины полосы сигналов до их подачи на вход аналого-цифрового преобразователя 150. Операция 140 фильтрации с подавлением шумов ослабляет компоненты с суммарной частотой и пропускает сигналы с уменьшенными промежуточными частотами в аналого-цифровой преобразователь 150. Аналого-цифровой преобразователь 150 собирает аналоговые радиолокационные сигналы для выработки цифровых радиолокационных сигналов. В части 105 цифровой обработки использовано цифровое разделение 160 на каналы для сортировки цифровых радиолокационных сигналов в различные полосы частот, где обеспечена возможность разделения радиолокационных сигналов, испускаемых различными радиолокационными излучателями. Точнее, происходит сортировка цифровых сигналов на множество смежных узкочастотных полос или каналов посредством операции 160 цифрового разделения на каналы. Радиолокационные сигналы часто смешаны с шумом и помехами.
Операция 170 регистрации радиолокационных импульсов использована для выделения радиолокационных импульсов из зашумленных радиолокационных сигналов в каждой частотной подполосе. В частности операция 170 регистрации радиолокационных импульсов регистрирует радиолокационные импульсы, имеющие место в различных каналах, радиолокационные импульсы, претерпевающие перекрытие в смежных каналах, и/или радиолокационные импульсы, претерпевающие перекрытие во временной области. Наконец, происходит вычисление параметров радиолокационных сигналов на основании зарегистрированных радиолокационных импульсов посредством операции 180 вычисления параметров. Операция 180 вычисления параметров вычисляет параметры импульсов для определения параметров радиолокационного источника или целевого параметра 190. Типы вычисляемых параметров включают, не ограничиваясь этим, энергию, частоту, амплитуду, длительность импульса и частоту повторения импульсов. Многие существующие способы могут быть использованы в части аналоговой обработки, которая вполне развита с технической точки зрения. Главная проблема цифрового радиолокационного приемника связана с частью цифровой обработки. Настоящее изобретение, главным образом, сосредоточено на части цифровой обработки, а именно, на цифровом разделении на каналы и регистрации радиолокационных импульсов.
На фиг. 2 показана блок-схема 200 последовательности операций при работе цифрового радиолокационного приемника 100 по фиг. 1 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. На начальном этапе 205 последовательности операций множество радиолокационных станций испускают радиочастотные импульсы. После испускания радиочастотных импульсов антенна принимает радиочастотную энергию от испускаемых импульсов на этапе 210. На этапе 220 происходит смешивание принятых радиолокационных сигналов с синусоидальным сигналом, выработанным генератором частоты. Получаемый в результате сигнал имеет частотные компоненты, представляющие собой сумму и разность радиочастот и частоты синусоиды, вырабатываемой генератором частоты. Затем на этапе 230 фильтр подавления шумов ослабляет высокие (суммарные) частоты и пропускает сигнал с низкой (разностной) промежуточной частотой. На этапе 240 аналого-цифровой преобразователь затем преобразует аналоговый сигнал с промежуточной частотой в цифровые сигналы для цифровой обработки. Затем на этапе 250 операция цифрового разделения на каналы сортирует сигнал с промежуточной частотой во множество каналов со смежными узкочастотными полосами или подполосами. На этапе 260 в ходе регистрации радиолокационных импульсов происходит разделение импульсов, имеющих место в различных каналах, импульсов, претерпевающих перекрытие в смежных каналах, и/или импульсов, претерпевающих перекрытие во временной области. Затем на этапе 270 операция вычисления параметров вырабатывает значения параметров импульса для определения параметров радиолокационного источника или целевого параметра. Эта последовательность 200 операций обеспечивает вычисления параметров радиолокационного источника или целевого параметра для частоты, амплитуды, длительности импульса и/или частоты повторения импульсов.
3. ЦИФРОВОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ НА КАНАЛЫ
Поскольку различные радиолокационные сигналы используют различные несущие частоты в частотной области, различные радиолокационные сигналы могут быть выделены посредством сортировки их по различным частотным каналам. Разделение на каналы представляет собой способ разделения радиолокационных сигналов в частотной области. Большинство способов разделения на каналы использует наборы фильтров для перекрытия целевого диапазона спектра с целью разделения радиолокационных сигналов по различным полосам частот. Главные затруднения при использовании наборов фильтров представляют собой межполосовые перекрестные искажения и возможность проведения вычислений в режиме реального времени.
Идеальный полосовой фильтр обладает прямоугольной функцией в частотной области, и функцией sinc во временной области. Это означает, что во временном интервале фильтр с бесконечной длиной фильтра необходим для достижения идеального полосового фильтра. Однако фильтр с бесконечной длиной фильтра не подходит для вычислений в режиме реального времени и не практичен. При конечной длине фильтра полосовой фильтр не имеет идеальной частотной характеристики и имеет переходную полосу. В наборе фильтров с конечной длиной фильтра происходит наложение переходных полос смежных частотных полос, что приводит к возникновению межполосовых перекрестных искажений. В связи с этим важно разработать набор фильтров с такой заданной длиной фильтра, которая может минимизировать перекрытые переходные полосы, минимизируя, таким образом, межполосовые перекрестные искажения.
Вычисления в режиме реального времени представляют собой важную характерную черту цифрового радиолокационного приемника, поскольку используемые в радиолокаторах промежуточные частоты представляют собой очень высокие частоты. Это означает, что после прохождения аналого-цифрового преобразователя цифровые радиолокационные сигналы должны быть собраны с очень высокой частотой выборки. Устройство разделения на каналы должно обрабатывать огромное количество цифровых данных в каждую секунду. Поэтому эффективный в вычислительном отношении набор фильтров важен для проведения вычислений в режиме реального времени.
В настоящем изобретении многофазный набор фильтров использован для реализации функции цифрового разделения на каналы. Главное преимущество использования многофазного набора фильтров состоит в его эффективности при вычислениях. В многофазном наборе фильтров входные сигналы сначала подвергнуты субдискретизации и затем отфильтрованы набором фильтров с намного более низкой частотой выборки. Поэтому, многофазный набор фильтров в вычислительном отношении намного быстрее обычного набора фильтров.
i
i
i
i
-1
-1
-1
На фиг. 3 показана системная диаграмма основанного на многофазном наборе фильтров устройства 300 цифрового разделения с М подполосами (то есть, каналами). На этой фигуре входные сигналы Х(n) 310 представляют собой цифровые радиолокационные сигналы, а выходные сигналы 320 после разделения на каналы представляют собой М сигналов подполос, x(n), где i=0, 1, …, М-1. Символ М↓330 указывает на операцию прореживания с коэффициентом М; символ Z 340 указывает на операцию временной задержки; величины 350 E(z), i=0,1, …, Mпредставляют собой отклики фильтра для подполосовых фильтров; и величины 360 f, i=0, 1, …, M, представляют собой центральные частоты подполосовых фильтров. Блок 370 М-точечного обратного цифрового преобразования Фурье указывает, что выполнено М-точечное обратное цифровое преобразование Фурье. Фильтры 380 низких частот отфильтровывают высокочастотные компоненты, получаемые в результате операции по смешиванию, предварительно определенной величинами f360. Фильтры подполосы определены следующими уравнениями:
Функция h(n) представляет собой импульсную передаточную функция первого фильтра 380 низких частот в наборе фильтров. Входной сигнал 310 представляет собой цифровой радиолокационный сигнал, а результат 320 разделения на каналы представляет собой М сигналов подполос. Вследствие операции прореживания на входе операция разделения на каналы фактически проходит на скорости передачи данных в М раз ниже скорости передачи данных входного сигнала.
Скорость передачи данных выходных сигналов также в М раз ниже скорости передачи данных входного сигнала. Это в значительной степени уменьшает объем вычислений для операций регистрации импульса и вычисления параметра.
4. МНОГОКАНАЛЬНАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ИМПУЛЬСОВ
Вследствие межполосных (то есть, межканальных) перекрестных искажений в наборе фильтров, используемых в операции разделения на каналы, радиолокационный сигнал может присутствовать в нескольких подполосах (каналах). Это затрудняет последовательность операций по регистрации радиолокационных импульсов. Последовательность операций по регистрации импульсов должна не только выделять радиолокационные импульсы из шума и помех, но также определять, к какому каналу из нескольких возможных каналов принадлежат зарегистрированные импульсы. Для преодоления этого затруднения применен многоканальный способ регистрации импульсов, использующий сигналы из множества каналов (то есть, подполос) для регистрации радиолокационных импульсов. Это решает задачу регистрации импульсов и одновременно задачу определения канала.
На фиг. 4 показана системная диаграмма последовательности 400 операций многоканальной регистрации импульсов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Последовательность 400 операций регистрации применена к каждому сигналу подполосы, полученному в результате последовательности операций разделения на каналы. В последовательности 400 операций регистрации сначала происходит вычисление мощности шума внутри небольшого окна (то есть, функциональный блок 410 вычисления мощности шума). Значение мощности шума использовано для установления порогового значения при вычислении огибающей сигнала (то есть, функциональный блок 420 вычисления огибающей сигнала). Затем происходит вычисление энергетических мощностей огибающих сигнала (то есть, функциональный блок 430 вычисления энергии огибающей). Значения мощностей огибающих, полученные для множества каналов, использованы для регистрации радиолокационных импульсов на основании огибающих сигналов (то есть, функциональный блок 440 многоканальной регистрации импульсов) и определения правильного канала из множества каналов для зарегистрированных импульсов. Затем происходит выделение претерпевающих перекрытие импульсов (то есть, функциональный блок 450 разделения претерпевающих перекрытие импульсов).
m
В функциональном блоке 410 вычисления мощности шума дисперсия уровня шума вычислена на основании поступающей последовательности цифровых сигналов. Только при отсутствии в этой последовательности сигналов радиолокационных импульсов вычисленное значение дисперсии представляет собой дисперсию уровня шума. Однако невозможно определить, что последовательность сигналов не содержит радиолокационных импульсов. Вследствие этого выполнено вычисление набора значений дисперсии сигнала, и затем минимальное значение выбрано в качестве дисперсии уровня шума. В рамках этого способа скользящее окно использовано для вычисления ряда значений дисперсии сигнала, и значение, усредненное по трем наименьшим значениям из вычисленных значений дисперсии, выбрано в качестве дисперсии уровня шума. Математически это может быть описано следующим образом. Пусть s(i), i=1, 2, …, I представляет собой последовательность цифровых сигналов, а П(σ)={σ: m=1, 2, …, М} представляет собой набор вычисленных значений дисперсий для этой последовательности сигналов, то есть
и
Здесь переменная L представляет собой длину скользящего окна данных. Из множества значений дисперсии сигнала выбрано подмножество значений дисперсии
с
i
i
V(σ)={σ∈П(σ); σ≤ наименьшее К значение дисперсии в П(σ)}
ns
Затем дисперсия уровня шума σвычислена по уравнению
В функциональном блоке 420 вычисления огибающей сигнала огибающие сигналов вычислены при использовании вычисленного значения дисперсии уровня шума. Огибающие сигналов представляют собой потенциальные радиолокационные импульсы. Сначала вычисленное значение дисперсии уровня шума использовано в качестве порогового значения для нахождения всех пиковых значений последовательности сигналов. Затем сглаживающая фильтрация применена к пиковым значениям для удаления некоторого количества шума. Наконец, процедура линейной интерполяции применена к пиковым значениям для получения огибающей последовательности сигналов.
На фиг. 5 показана блок-схема 500 функционального блока 420 вычисления огибающей сигнала по фиг.4 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Математически последовательность операций может быть описана следующим образом.
Пусть s(i), i=1, 2, …, 7 представляет собой последовательность 510 входных сигналов, a Pk(i) представляет собой пиковый сигнал из последовательности 510 сигналов. Пиковый сигнал вычислен по уравнению:
Пороговое значение η определено на основании вычисленного значения дисперсии уровня шума.
Сначала на этапе 520 регистрации пикового сигнала происходит регистрация пикового сигнала в последовательности 510 сигналов. Затем выполнена операция 530 сглаживающей фильтрации пиков. Операция 530 сглаживающей фильтрации пиков представляет собой фильтрацию низких частот, достигаемую фильтрацией пикового сигнала посредством фильтра со скользящим средним значением и с конечной длиной. Цель операция 530 сглаживающей фильтрации пиков состоит в удалении шумовых точек из пикового сигнала. Выполнена операция 540 линейной интерполяции. Операция 540 линейной интерполяции представляет собой стандартный способ линейной интерполяции, вводящий дискретные значения между любыми двумя пиками сигнала для получения огибающей 550 сигнала.
Функциональный блок 430 вычисления энергии огибающей по фиг. 4 выполнен для вычисления энергии огибающей каждого сигнала, используемой при многоканальной регистрации импульсов
В функциональном блоке 440 многоканальной регистрации импульсов множество каналов использовано для регистрации радиолокационных импульсов и определения правильного канала для зарегистрированных радиолокационных импульсов. Причина использования множества каналов для регистрации импульсов состоит в том, что почти каждый радиолокационный импульс присутствует во множестве каналов вследствие межканальных перекрестных искажений и ограниченной полосы пропускания каждого канала. При расположении радиолокационного сигнала в центре канала межканальные перекрестные искажения пропустят лишь небольшую часть энергии сигнала в смежные каналы. Но при расположении радиолокационного сигнала около границы канала существенная часть энергии сигнала перейдет в смежный канал. Более того, при расположении сигнала на границе канала половина энергии сигнала будет присутствовать в каждом из двух смежных каналов. Поэтому для получения оптимальной регистрации радиолокационных импульсов желательно исследовать возможный радиолокационный импульс в нескольких каналах.
В рамках раскрытого способа 440 многоканальной регистрации сигналы огибающей использованы для регистрации импульса, поскольку сигналы огибающей несут все возможные радиолокационные импульсы. Регистрация импульса выполнена в каждом отдельном канале, но сигналы огибающей от нескольких смежных каналов использованы в последовательности операций регистрации. В последовательности операций регистрации, для огибающей в исследуемом канале сначала происходит поиск всех соответствующих огибающих в смежных каналах. Затем происходит сравнение энергии всех соответствующих огибающих с энергией целевой огибающей. Если целевая огибающая имеет более высокую энергию, чем все соответствующие огибающие, ее полагают радиолокационным импульсом. В противном случае ее рассматривают как шум или импульс «утечки». Математически, последовательность 440 операций регистрации описана следующим образом.
k
k-1
k+1
<mrow><mi>E</mi><mi>n</mi><msup><mi>v</mi><mi>k</mi></msup><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><msubsup><mi>e</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>e</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><msup><mi>x</mi><mi>k</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mo>…</mo><mo>,</mo><msup><mi>x</mi><mi>k</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>L</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>e</mi><mi>i</mi><mi>k</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>e</mi><mi>i</mi><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>e</mi><mi>i</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
i
Пусть, х(n), n=1, 2, …, N представляет собой сигнал огибающей канала k, причем он содержит ряд огибающих
с
. Переменные i и L представляют собой индекс времени начала и индекс времени окончания огибающей, соответственно. Для каждой огибающей
в пределах данного окна времени соответствующие огибающие найдены в смежных каналах, то есть в сигналах x(n) и x(n). Пусть
и
представляют собой соответствующие огибающие в каналах k-1 и k+1, соответственно. Разности времен |i-j| и |i-v| должны быть меньше заранее определенного порогового значения, которое обычно равно нескольким шагам во временной области. Затем энергетические отношения вычислены как:
min
max
Энергии рассчитаны по уравнению (8). Затем энергетические отношения сравнены с двумя заранее определенными пороговыми значениями γ и γ. Функция регистрации определена выражением:
В пределах канала может быть более одного радиолокационного сигнала, что означает, что не все импульсы поступают от одного радиолокационного излучателя. Для разделения различных радиолокационных импульсов, имеющих место в пределах одного канала, длительности импульсов сравнены с амплитудами для их разделения. Однако, в экспериментальных испытаниях было предположено, что не больше двух радиолокационных сигналов присутствует в пределах одного канала. В противном случае число каналов должно быть увеличено.
В некоторых случаях огибающая сигналов огибающей может содержать два радиолокационных импульса. Это происходит вследствие частичного перекрытия двух радиолокационных импульсов во временной области. Два радиолокационных сигнала с полностью перекрытыми во временной области импульсами, если эти два сигнала не присутствуют в одном и том же канале или в смежных каналах, хорошо обнаруживаемы и разделяемы. В противном случае они не различимы посредством раскрытых способов. Раскрытые способы разделяют лишь частично перекрытые радиолокационные импульсы. Эти способы, используемые в функциональном блоке 450 для выделения претерпевающих перекрытие импульсов, описаны в последующем разделе.
5. РАЗДЕЛЕНИЕ ПЕРЕКРЫТЫХ ИМПУЛЬСОВ
Существует два типа претерпевающих перекрытие импульсов. Один тип претерпевающих перекрытие импульсов относится к тому случаю, когда оба радиолокационных сигнала принадлежат одному каналу (в настоящем описании назван Типом I). Другой тип претерпевающих перекрытие импульсов относится к тому случаю, когда два радиолокационных сигнала принадлежат двум смежным каналам (в настоящем описании назван Типом II). Эти два типа претерпевающих перекрытие импульсов обладают различными свойствами. Претерпевающие перекрытие импульсы типа I имеют одинаковую форму огибающих в смежных каналах, а претерпевающие перекрытие импульсы типа II имеют разные формы огибающих в смежных каналах.
На фиг. 6А показаны взятые в качестве примера претерпевающие перекрытие импульсы Типа I в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. На фиг. 6В показаны взятые в качестве претерпевающие перекрытие импульсы Типа II в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Для разделения претерпевающих перекрытие импульсов последовательность операций сначала идентифицирует типы претерпевающих перекрытие импульсов. Затем последовательность операций по-разному разделяет импульсы для различных типов.
На фиг. 7 показана принципиальная схема последовательности 700 операций по разделению импульсов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. На этой фигуре сначала определены (операция 710) типы импульсов (то есть Тип I или Тип II) претерпевающих перекрытие импульсов. После определения типов претерпевающих перекрытие импульсов определенный способ разделения для особых типов применен к претерпевающим перекрытие импульсов с целью разделения импульсов (то есть, способ разделения для импульсов Типа I применен к импульсам Типа I (операция 720), а способ разделения для импульсов Типа II применен к импульсам Типа II (операция 730)).
Основной прием для разделения претерпевающих перекрытие импульсов состоит в нахождении критических моментов времени, в которые значения огибающей претерпевают разрывное изменение. Дифференциальный оператор использован для нахождения точек разрыва на огибающих. Таким образом, пусть
Затем набор критических моментов времени вычислен по уравнению:
Переменная τ представляет собой пороговое значение. При использовании критических моментов времени могут быть разделены претерпевающие перекрытие импульсы.
Фиг. 8 и 9 графически отображают схему последовательности 700 операций по разделению импульсов по фиг. 7. Точнее, фиг. 8 отображает разделение претерпевающих перекрытие импульсов Типа I по фиг. 6А в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. Фиг. 9 отображает разделение претерпевающих перекрытие импульсов Типа II по фиг. 6В в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения.
Для претерпевающих перекрытие импульсов Типа I отдельные импульсы определены выражениями:
Оба импульса имеют место в одном и том же канале.
Для претерпевающих перекрытие импульсов Типа II отдельные импульсы определены выражениями:
и
При разделении претерпевающих перекрытие импульсов Типа II два смежных канала должны быть обработаны совместно.
6. ЭКСПЕРИМЕНТ
Для оценки раскрытой системы регистрации импульса были выработаны пять радиолокационных сигналов с различными параметрами. Все пять сигналов представляют собой сигнал в виде модулированного прямоугольного импульса. Несущая частота (fc), тип модуляции, период повторения импульсов и длительность импульса для пяти сигналов определены следующим образом:
1) fc=50 МГц, фазоманипулированный сигнал, период повторения импульсов = 0,04 мс, длительность импульса = 2,5 мкс
2) fc=100 МГц, частотно-манипулированный сигнал, период повторения импульсов = 0,03 мс, длительность импульса = 2,5 мкс
3) fc=150 МГц, квадратурная амплитудная модуляция, период повторения импульсов = 0,045 мс, длительность импульса = 3,0 мкс
4) fc=200 МГц, фазоманипулированный сигнал, период повторения импульсов = 0,05 мс, длительность импульса = 3,5 мкс
5) fc=250 МГц, фазоманипулированный сигнал, период повторения импульсов = 0,035 мс, длительность импульса = 2,8 мкс
Частота выборки 1 ГГц была использована для выборки этих пяти сигналов. В антенне радиолокационного приемника был получен объединенный сигнал.
На фиг. 10 показан взятый в качестве примера объединенный сигнал, содержащий пять вышеупомянутых радиолокационных сигналов и имеющий отношение сигнал-шум в 15 децибелов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. По вертикальной оси отложена амплитуда объединенного сигнала плюс шум в зависимости от значения времени, откладываемого по горизонтальной оси. Пять радиолокационных сигналов полностью смешаны. Белое гауссовское распределение использовано для выработки шума. Для разделения радиолокационных сигналов в частотной области был использован многофазный набор фильтров с 20 каналами. Каждый канал имел полосу пропускания в 50 МГц. Предполагалось, что пять радиолокационных сигналов были представлены в каналах с номерами от 2 до 6.
На фиг. 11 показаны пять каналов взятого в качестве примера объединенного сигнала по фиг. 10 после цифрового разделения на каналы в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. По вертикальным осям отложена амплитуда объединенного сигнала плюс шум в зависимости от значения времени, откладываемого по горизонтальной оси, для каждого из показанных каналов, представляющих собой каналы 2, 3, 4, 5 и 6. Объединенные сигналы были выбраны с частотой выборки в 1 ГГц и разделены посредством 20-канального многофазного набора фильтров с каналами по 50 МГц. Пять радиолокационных сигналов хорошо разделены в этих пяти каналах, но имеет место много межканальных перекрестных искажений, дающих ложные радиолокационные импульсы.
На фиг. 12 показаны результаты многоканальной регистрации по пяти каналам фиг. 11 в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. При значении отношения сигнал-шум в 15 децибел почти все ложные импульсы были удалены после последовательности операций регистрации. Значение отношения сигнал-шум было различным, и средняя вероятность регистрации по этим пяти каналам была вычислена.
На фиг. 13 показана усредненная вероятность регистрации, достигнутая по пяти каналам на фиг. 11, в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. По вертикальной оси отложена вероятность регистрации импульса (Pd) как функция отношения сигнал-шум для входных сигналов, откладываемого по горизонтальной оси. Как показывает этот график, при значениях отношения сигнал-шум, превышающих 15, вероятность регистрации для этих экспериментальных сигналов почти полная.
На фиг. 14 показан пример разделения претерпевающих перекрытие импульсов в соответствии с по меньшей мере одним вариантом реализации настоящего изобретения. В частности, верхняя фигура 1400 показывает амплитуды сигнала плюс шум по вертикальным осям как функции времени, откладываемого на горизонтальных осях для каналов 3 и 4 с перекрывающимися импульсами, обозначенными вертикальными линиями. Нижняя фигура 1410 показывает, что эти претерпевающие перекрытие импульсы были разделены логической схемой разделения импульсов.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящем раскрытии изобретения раскрыта вычислительная структура для цифрового радиолокационного приемника и системы регистрации радиолокационных импульсов. В раскрытой системе регистрации радиолокационных импульсов основанный на многофазном наборе фильтров способ разделения на каналы использован для сортировки радиолокационных сигналов в частотной области. Многоканальный способ регистрации импульса использован для регистрации радиолокационных импульсов и удаления шума/помех и ложных импульсов в каждом частотном канале. Кроме того, инновационный способ, использующий разрыв непрерывности огибающих сигнала использован для разделения радиолокационных импульсов, претерпевающих перекрытие во временной области. Результаты эксперимента показывают, что раскрытая система регистрации радиолокационных импульсов пригодна для регистрации и разделения радиолокационных импульсов в зашумленной окружающей среде с большой плотностью электронных импульсов.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения описан способ регистрации радиолокационных импульсов посредством цифрового радиолокационного приемника, причем способ включает: операцию подачи по меньшей мере одного радиолокационного сигнала на вход устройства смешивания сигналов; операцию смешивания по меньшей мере одного радиолокационного сигнала с сигналом смешивания для преобразования с понижением частоты по меньшей мере одного радиолокационного сигнала; операцию фильтрации с подавлением шумов в применении по меньшей мере к одному сигналу, преобразованному с понижением частоты и выработанному устройством смешивания сигналов; операцию подачи на вход по меньшей мере одного отфильтрованного сигнала на вход аналого-цифрового преобразователя для преобразования по меньшей мере одного отфильтрованного сигнала из аналогового сигнала в цифровой сигнал; операцию цифрового разделения на каналы в отношении по меньшей мере одного цифрового сигнала, поданного на выход аналого-цифрового преобразователя, для сортировки по меньшей мере одного цифрового сигнала по различным полосам частот; операцию регистрации радиолокационных импульсов в отношении по меньшей мере одного отсортированного цифрового сигнала для выделения радиолокационных импульсов из шума; и операцию вычисления параметров в отношении зарегистрированных радиолокационных импульсов для вычисления параметров зарегистрированных радиолокационных импульсов.
Способ может, кроме того, включать прием по меньшей мере одного радиолокационного сигнала по меньшей мере одной антенной.
Способ, в котором по меньшей мере один радиолокационный сигнал представляет собой радиочастотный сигнал.
Способ, в котором сигнал смешивания представляет собой синусоидальный сигнал.
Способ, кроме того, включающий выработку, посредством генератора частоты, сигнала смешивания.
Способ, в котором по меньшей мере один радиолокационный сигнал подвергнут преобразованию с понижением частоты до промежуточной частоты.
Способ, в котором различные полосы частот, в которые отсортирован по меньшей мере один цифровой сигнал, представляют собой соседние полосы частот.
Способ, в котором операция регистрации радиолокационных импульсов регистрирует радиолокационные импульсы посредством разделения радиолокационных импульсов, попадающих в различные каналы, претерпевающих перекрытие в смежных каналах, и претерпевающих перекрытие во временной области.
Способ, в котором вычисляемые параметры представляют собой энергию, частоту, амплитуду, длительность импульса и/или частоту повторения импульсов.
Способ, в котором вычисляемые параметры обеспечивают определение характеристик источника радиолокационных импульсов и/или определение целевого параметра.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения описана система для регистрации радиолокационных импульсов, использующая цифровой радиолокационный приемник, причем система содержит: устройство смешивания сигналов, выполненное для смешивания по меньшей мере одного радиолокационного сигнала с преобразованием с понижением частоты по меньшей мере одного радиолокационного сигнала; фильтр подавления шумов, причем фильтр подавления шумов выполнен для применения фильтрации с подавлением шумов по меньшей мере к одному сигналу, преобразованному с понижением частоты, выходящему из устройства смешивания сигналов; аналого-цифровой преобразователь, причем аналого-цифровой преобразователь выполнен для преобразования по меньшей мере одного отфильтрованного сигнала из аналогового сигнала в цифровой сигнал; цифровое устройство образования каналов, причем цифровое устройство образования каналов выполнено для цифрового разделения на каналы в отношении по меньшей мере одного цифрового сигнала, поданного на выход аналого-цифрового преобразователя, для сортировки по меньшей мере одного цифрового сигнала по различным полосам частот; детектор радиолокационных импульсов, причем детектор радиолокационных импульсов использован для регистрации радиолокационных импульсов с выделением их из шума для по меньшей мере одного отсортированного цифрового сигнала; и устройство вычисления параметра, причем устройство вычисления параметра выполнено для вычисления параметров зарегистрированных радиолокационных импульсов.
Система может, кроме того, содержать по меньшей мере одну антенну, причем по меньшей мере одна антенна выполнена для приема по меньшей мере одного радиолокационного сигнала.
Система, в которой по меньшей мере один радиолокационный сигнал представляет собой радиочастотный сигнал.
Система, в которой сигнал смешивания представляет собой синусоидальный сигнал.
Система, в которой система, кроме того, содержит генератор частоты, причем генератор частоты выполнен для выработки сигнала смешивания.
Система, в которой по меньшей мере один радиолокационный сигнал подвергнут преобразованию с понижением частоты до промежуточной частоты.
Система, в которой различные полосы частот, в которые отсортирован по меньшей мере один цифровой сигнал, представляют собой смежные полосы частот.
Система, в которой операция регистрации радиолокационных импульсов регистрирует радиолокационные импульсы посредством разделения радиолокационных импульсов, попадающих в различные каналы, претерпевающих перекрытие в смежных каналах, и претерпевающих перекрытие во временной области.
Система, в которой вычисляемые параметры представляют собой энергию, частоту, амплитуду, длительность импульса и/или частоту повторения импульсов.
Система, в которой вычисляемые параметры обеспечивают определение характеристик источника радиолокационных импульсов и/или определение целевого параметра.
Хотя здесь были описаны определенные иллюстративные варианты реализации и способы настоящего изобретения, из предшествующего раскрытия для специалистов в данной области техники очевидно, что могут быть выполнены изменения и модификации таких вариантов реализации и способов, не выходящие за пределы истинной сущности и объема раскрытого изобретения. Существует много других примеров реализации раскрытого изобретения, каждый из которых отличен от других лишь деталями. Соответственно, следует иметь ввиду, что раскрытое изобретение должно быть ограничено лишь в той степени, которую требуют приложенные пункты формулы изобретения и правила и принципы действующего законодательства.