УСТРОЙСТВО РАЗЛИЧЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
APPARATUS FOR DISTINGUISHING RADAR SIGNALS

Изобретение относится к приемным устройствам импульсной информации, работающим в широком диапазоне параметров сигналов, и может использоваться в системах радиотехнической разведки (РТР) и пассивного целеуказания (ПЦУ) для определения вида принимаемого сигнала.
В настоящее время известны устройства, предназначенные для различения сигналов по виду внутриимпульсной модуляции.
В качестве первого аналога рассмотрим устройство по авт. свид. №1840866 (заявка №1575095 с приор. от 21.02.74 г.), предназначенное для различения ЛЧМ, ФМ и простых радиолокационных сигналов. Принцип действия данного устройства основан на различии ширины спектров сигналов на основной и удвоенной частотах, что дает возможность посредством сравнения ширины спектра данного сигнала на основной и удвоенной частотах определить вид его внутриимпульсной модуляции.
Недостатком данного устройства является требование большого отношения сигнал/шум на его входе для обеспечения высокой достоверности различения. Устройство имеет низкую чувствительность.
Вторым аналогом является устройство, в котором для решения аналогичной задачи используются различия откликов автокоррелятора на импульсные радиосигналы с разными видами внутриимпульсной модуляции. Измерение параметров отклика позволяет определить тип внутриимпульсной модуляции входного сигнала. Данное устройство имеет более высокую чувствительность, чем первый аналог, при обработке простых и ЛЧМ-сигналов, однако чувствительность при анализе фазоманипулированных (ФМ) сигналов низка, что является недостатком данного метода.
В качестве третьего аналога рассмотрим устройство, в котором для различения ЛЧМ, ФМ и простых сигналов используется операция свертки заданного сигнала с определенным образом преобразованной его копией. Операция свертки реализуется в конвольвере - приборе, принцип действия которого основан на взаимодействии поверхностных акустических волн (ПАВ) в кристаллах. Данное устройство имеет более высокую, чем ранее описанные, чувствительность при обработке ФМ-сигналов, что достигается за счет временного сжатия ФМ-сигналов на конвольвере. Однако данный метод имеет существенный недостаток - невысокую достоверность различения сигналов, обусловленную тем, что любые виды сигналов с нелинейными законами внутриимпульсной модуляции принимаются за ФМ-сигналы.
В качестве четвертого аналога рассмотрим анализатор кепстра мощности заданного сигнала, описанный в
1. M.A. Jack, P.M. Grant, J.H. Collins. "Wave form detection and classification with SAW cepstrum analysis".
IEEE Trans. on Aerosp. and Electr. Syst., vol. AES-13, No. 6, November 1977.
2. М.А Джек, П.М. Грант, Дж. X. Коллинз.
"Теория, проектирование и применение Фурье-процессоров на поверхностных акустических волнах". ТИИЭР, т.68, №4, 1980. Под кепстром мощности понимается спектр мощности логарифма спектра мощности входного сигнала.
Данное устройство имеет высокую чувствительность, достигаемую за счет временного сжатия сигналов в процессе получения их кепстров мощности. Недостатком анализатора кепстра мощности является отсутствие возможности автоматического различения сигналов с разными видами внутриимпульсной модуляции.
Анализ параметров современных РЛС вероятного противника показал, что в качестве зондирующих в числе других применяются простые и сложные сигналы, в связи с чем для успешного решения задач распознавания типов РЛС и их идентификации в условиях сложного радиолокационного поля и в присутствии помех необходимо в системах РТР и ПЦУ применять устройства различения сигналов по виду их внутриимпульсной модуляции.
В предлагаемом устройстве решается задача различения простых и ФМ сигналов, причем устройство обладает высокими чувствительностью и достоверностью различения сигналов.
По технической сущности наиболее близким к заявляемому устройству является "анализатор кепстра мощности, описанный в [1] и [2], который и выбираем в качестве прототипа.
Известное устройство (прототип) содержит первый и второй Фурье-процессоры, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора ЛЧМ-сигнала, перемножителя, фильтра свертки и квадратичного детектора, причем свободный вход перемножителя является входом Фурье-процессора, выход квадратичного детектора - его выходом; блок синхронизации, выходы которого подключены ко входам синхронизации генераторов ЛЧМ-сигнала Фурье-процессоров; логарифмический усилитель, включенный между выходом первого и входом второго Фурье-процессора.
Как отмечено ранее, недостатком известного устройства является отсутствие возможности автоматического различения простого и ФМ радиолокационных сигналов.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей, выраженное в автоматическом различении простого и ФМ радиолокационных сигналов.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый и второй Фурье-процессоры, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора ЛЧМ-сигнала, перемножителя, фильтра свертки и квадратичного детектора, причем свободный вход перемножителя является входом Фурье-процессора, а выход квадратичного детектора - его выходом; блок синхронизации, выхода которого подключены ко входам синхронизации генераторов ЛЧМ-сигнала Фурье-процессоров; логарифмический усилитель, включенный между выходом первого и входом второго Фурье-процессора, введены последовательно соединенные детектор огибающей, первые компаратор и измеритель длительности, причем вход детектора огибающей соединен со входом первого Фурье-процессора; последовательно соединенные первый ключ, триггер и второй измеритель длительности; вход первого ключа подключен к выходу второго Фурье-процессора; формирователь управляющего импульса, формирователь строба и блок деления; входы формирователя строба, блока синхронизации и вход установки нуля триггера соединены вместе и подключены к выходу первого компаратора; выход формирователя строба соединен с управляющим входом первого ключа; входы блока деления соединены с выходами первого и второго измерителей длительности и формирователя управляющего импульса, вход которого подключен к выходу триггера; второй и третий компараторы, блок совпадения и второй ключ, входы второго и третьего компараторов соединены вместе и подключены к выходу блока деления, а их выходы подключены ко входам блока совпадения, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа и является выходом "ФМ" устройства; выход третьего компаратора подключен ко входу второго ключа, выход которого является выходом "Простой" устройства.
Введение в известное устройство указанных элементов и связей позволило получить новый эффект - расширение функциональных возможностей, выраженное в автоматическом различении простого и ФМ радиолокационных сигналов.
На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Оно содержит два Фурье-процессора, первый из которых состоит из последовательно соединенных генератора ЛЧМ-сигнала 2, перемножителя 1, фильтра свертки 4 и квадратичного детектора 7, а второй - из последовательно соединенных генератора ЛЧМ-сигнала 14, перемножителя 13, фильтра свертки 16 и квадратичного детектора 19; свободный вход перемножителя 1 является входом устройства; логарифмический усилитель 11, блок синхронизации 8, и последовательно соединенные детектор огибающей 3, компаратор 5 и измеритель длительности 9; включенные последовательно ключ 21, триггер 23 и измеритель длительности 20; формирователь управляющего импульса 17, формирователь строба 22, блок деления 18, компараторы 6 и 12, блок совпадения 10, ключ 15; выход квадратичного детектора 7 через логарифмический усилитель 11 соединен со свободным входом перемножителя 13; выходы блока синхронизации 8 подключены ко входам синхронизации генераторов ЛЧМ-сигнала 2 и 14; вход детектора огибающей 3 соединен со входом устройства; входы блока синхронизации 8, формирователя строба 22 и вход установки нуля триггера 23 подключены к выходу компаратора 5; выход формирователя строба 22 соединен с управляющими входом ключа 21; вход формирователя управляющего импульса 17 подключен к выходу триггера 23; входы блока деления 18 соединены с выходами измерителей длительности 9 и 20, и выходом формирователя управляющего импульса 17; выход блока деления 18 подключен ко входам компараторов 6 и 12; выходы которых соединены со входами блока совпадения 10; вход ключа 15 подключен к выходу компаратора 12, а выход его является выходом "ПРОСТОЙ" устройства; выход блока совпадения 10 соединен с управляющим входом ключа 15 и является выходом "ФМ" устройства.
Принцип действия предлагаемого устройства основан на различиях кепстров мощности простых и ФМ сигналов.
На фиг.2 представлены схематические диаграммы простого (а) и ФМ (б) сигналов и их кепстров мощности (выход квадратичного детектора 19).
0
0
0
0
Анализ диаграмм, приведенных на фиг.2, показывает резкое отличие временных интервалов между максимумами кепстров мощности простого и ФМ сигналов. Так, для простого сигнала этот интервал равен 2Т - удвоенной длительности огибающей сигнала, а для ФМ-сигнала - 2τ - удвоенной длительности элементарного дискрета. Анализ параметров современных РДС показал, что коэффициент сжатия ФМ-сигналов, применяемых в качестве зондирующих, равный числу дискретов в импульсе, имеет величину не менее 5÷7. Поэтому величины 2T и 2τ будут различаться не менее чем в 5÷7 раз, что обуславливает высокую достоверность различения простых и ФМ сигналов.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Входной сигнал одновременно поступает на входы перемножителя 1 и детектора огибающей 3; компаратор 5 формирует из огибающей входного сигнала прямоугольный импульс, который через блок синхронизации 8 запускает в нужные моменты времени генераторы ЛЧМ-сигнала 2 и 14, разрешает формирователю строба 22 выдать сигнал, открывающий ключ 21 и устанавливает в нулевое состояние триггер 23. Ключ 21 необходим для защиты устройства от помех. Длительность выходного сигнала компаратора 5 измеряется измерителем длительности 9, а результат измерения поступает на вход блока деления 18, где запоминается; в то же время отклик кепстра мощности входного сигнала через открытый ключ 21 поступает на вход триггера 23. Первый максимум кепстра мощности (см. фиг.2) формирует на выходе триггера 23 сигнал логической единицы, а второй максимум вновь производит установку на нуль. В результате на выходе триггера 23 формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна временному интервалу между максимумами кепстра мощности. С выхода триггера 23 импульс поступает на вход измерителя длительности 21. Результат измерения поступает на другой вход блока деления 18. В этот момент формирователь управляющего импульса 17 выдает на управляющий вход блока деления 18 сигнал, разрешающий произвести деление.
Информация, поступающая на первый вход блока деления 18, отображает длительность огибающей входного сигнала и не зависит от вида сигнала. Информация, поступающая с выхода измерителя длительности 20 на другой вход блока деление 18, зависит от вида сигнала. Если на вход устройства поступает простой сигнал, то эта информация соответствует удвоенной длительности огибающей входного сигнала; в случае ФМ-сигнала эта информация соответствует удвоенной длительности элементарного дискрета ФМ-сигнала (см. фиг.2). Таким образом, выходной сигнал блока деления 18 будет зависеть от отношения длительности огибающей входного сигнала к временному интервалу между максимумами кепстра мощности. В случае присутствия на входе устройства простого сигнала выходной сигнал блока деления 18 будет соответствовать 1/2, а в случае ФМ-сигнала величине N/2, где N - число элементарных дискретов в ФМ-сигнале. Так как обычно N≥5, то N/2>1.
С выхода блока деления 18 сигнал подается на входы компараторов 6 и 12, пороги которых установлены таким образом, что компаратор 12 срабатывает в том случае, когда сигнал на его входе равен 1/2, а компаратор 6 - когда сигнал на его входе превышает единицу. В этом случае компаратор 12 также срабатывает.
Таким образом, при обработке ФМ-сигнала срабатывают компараторы 6 и 12, что приводит к формированию логической единицы на выходе блока совпадения 10. Данная единица проходит на выход "ФМ" устройства, индицируя прием фазоманипулированного сигнала, и одновременно закрывает ключ 15, исключая тем самым поступление сигнала с выхода компаратора 12 на выход "ПРОСТОЙ" устройства.
При подаче на вход устройства простого сигнала сработает только компаратор 12. В этом случае амплитуда сигнала на выходе блока совпадения 10 соответствует логическому нулю; то есть на выходе "ФМ" устройства информация отсутствует. При этом ключ 15 будет открыт, и сигнал логической единицы с выхода компаратора 12 проходит на выход "ПРОСТОЙ" устройства, фиксируя прием простого сигнала.
Генераторы ЛЧМ-сигнала и фильтры свертки выполнены с применением дисперсионных ультразвуковых линий задержки (ДУЛЗ), относящихся к приборам на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Генерация ЛЧМ-сигнала осуществляется путем подачи на вход ДУЛЗ короткого радиоимпульса. Фильтр свертки содержит ДУЛЗ, аналогичную используемой для формирования ЛЧМ-сигнала.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить новый эффект - расширение функциональных возможностей, выраженное в автоматическом различении простых и ФМ радиолокационных сигналов при одинаково высокой чувствительности при обработке простых и ФМ сигналов и высокой достоверности их различения.
Это дает возможность в системах РТР и ПЦУ улучшить качество решения задач селекции и идентификации радиолокационных сигналов, повысить вероятность правильного распознавания типа РЛС и ее носителя, а также повысить эффективность радиоэлектронного подавления РЛС вероятного противника системами радиопротиводействия.