RU131926U1

RU131926U1 - DEVICE FOR DETECTING SIGNALS UNDER APRIORIAL UNCERTAINTY OF THEIR PARAMETERS

Info

Publication number: RU131926U1
Application number: RU2013110194/08U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Березовский; Денис Дмитриевич Привалов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП")
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2013-08-27

Abstract

Устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, содержащее антенный вход, входное устройство, включающее последовательно соединенные первый широкополосный фильтр, первый усилитель высокой частоты и второй широкополосный фильтр, детектор, первый фильтр нижних частот, представляющий собой интегратор и пороговое устройство, при этом вход входного устройства соединен с антенным входом, а выход - с входом детектора, вход первого фильтра нижних частот соединен с выходом детектора, а выход - с входом порогового устройства, отличающееся тем, что между входным устройством и детектором дополнительно введены два преобразователя частоты, четыре усилителя высокой частоты, при этом один из них является управляемым, два полосовых фильтра промежуточной частоты, два узкополосных фильтра, усилитель АРУ, второй фильтр низкой частоты и гетеродин, при этом первый вход первого преобразователя частоты соединен с выходом входного устройства, второй вход - с выходом пятого управляемого усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого полосового фильтра промежуточной частоты, вход второго усилителя высокой частоты соединен с выходом первого полосового фильтра промежуточной частоты, а выход - с входом второго полосового фильтра промежуточной частоты, первый вход второго преобразователя частоты соединен с выходом второго полосового фильтра промежуточной частоты, второй вход - с выходом третьего усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого узкополосного фильтра, вход третьего усилителя высокой частоты соединен с выходом входного устройства, вход четвертого усилителя высокой частотA device for detecting signals with a priori uncertainty of their parameters, comprising an antenna input, an input device including a first broadband filter, a first high-frequency amplifier and a second broadband filter, a detector, a first low-pass filter, which is an integrator and a threshold device, while the input input the device is connected to the antenna input, and the output to the detector input, the input of the first low-pass filter is connected to the detector output, and the output to the threshold input a device characterized in that between the input device and the detector two frequency converters, four high-frequency amplifiers are additionally introduced, one of which is controllable, two intermediate-frequency bandpass filters, two narrow-band filters, an AGC amplifier, a second low-pass filter and a local oscillator, the first input of the first frequency converter is connected to the output of the input device, the second input to the output of the fifth controlled high-frequency amplifier, and the output to the input of the first bandpass filter daily frequency, the input of the second high-frequency amplifier is connected to the output of the first intermediate-frequency bandpass filter, and the output is connected to the input of the second intermediate-frequency filter, the first input of the second frequency converter is connected to the output of the second intermediate-frequency filter, and the second input is to the output of the third high-frequency amplifier frequency, and the output is with the input of the first narrow-band filter, the input of the third high-frequency amplifier is connected to the output of the input device, the input of the fourth high-frequency amplifier

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при разработке систем мониторинга источников излучения в диапазоне декаметровых волн (ДКМВ) при отсутствии априорной информации о сигналах.The utility model relates to radio engineering and can be used in the development of systems for monitoring radiation sources in the decameter wavelength range (DCMW) in the absence of a priori information about the signals.

Одной из важных проблем современной радиоэлектроники является обеспечение мониторинга источников излучения декаметрового диапазона. Большая длительность трассы распространения (более 1000 км.) приводит к существенному ослаблению принятых сигналов [1, 2]. Мониторинг источников излучения диапазона ДКМВ существенно усложняется в условиях априори неизвестных параметров принимаемого сигнала и большой скрытности его, так как предполагается, что источник излучения для обеспечения требуемой энергетики радиолинии применяет шумоподобные сигналы с большой базой. В случае известной кодовой последовательности последующая корреляционная обработка может существенно поднять уровень сигнала над шумом [2, 4]. Однако, как уже отмечалось, исходная информация о кодовой последовательности отсутствует, что не позволяет применять корреляционную обработку сигнала.One of the important problems of modern radio electronics is the monitoring of decameter radiation sources. A longer propagation path (more than 1000 km.) Leads to a significant weakening of the received signals [1, 2]. Monitoring of radiation sources of the DKMV range is significantly complicated under the conditions of a priori unknown parameters of the received signal and its great secrecy, since it is assumed that the radiation source uses noise-like signals with a large base to provide the required radio line energy. In the case of a known code sequence, subsequent correlation processing can significantly raise the signal level above the noise [2, 4]. However, as already noted, the initial information about the code sequence is missing, which does not allow the use of correlation signal processing.

Задача особенно усложняется, если потенциальный противник осуществляет в процессе работы источника своего излучения динамическое перепрограммирование кодовой последовательности, что характерно для условий радиопротиводействия (РПД) и радиоэлектронной борьбы (РЭБ).The task is especially complicated if a potential adversary carries out dynamic reprogramming of the code sequence during the operation of the source of its radiation, which is characteristic of the conditions of radio counteraction (RPD) and electronic warfare (EW).

Известно устройство обнаружения сигнала [3], содержащее оптимальный линейный фильтр, соединенные последовательно амплитудно-фазовый преобразователь и решающий блок на выходе устройства.A device for detecting a signal [3] is known, which contains an optimal linear filter connected in series to an amplitude-phase converter and a deciding unit at the output of the device.

Недостатком известного устройства является необходимость получения априорной информации о параметрах принимаемого сигнала.A disadvantage of the known device is the need to obtain a priori information about the parameters of the received signal.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является энергетический обнаружитель [4], содержащий соединенные последовательно антенный вход, входное устройство, включающее полосовые фильтры и усилитель высокой частоты, детектор, интегратор, и пороговое устройство. В обнаружителе после вторичной обработки сигнала получаются радиоимпульсы, ширина спектральной плотности которых меньше ширины спектральной плотности элемента последовательности в число элементов всей последовательности N. Это достигается деманипуляцией фазы сигнала за счет применения квадратичного детектора. Соответственно увеличивается длительность радиоимпульса на выходе оконечного фильтра [4].Closest to the proposed device is an energy detector [4], which contains an antenna input connected in series, an input device including bandpass filters and a high-frequency amplifier, a detector, an integrator, and a threshold device. After secondary signal processing, the detector receives radio pulses whose spectral density width is less than the spectral density width of the sequence element to the number of elements of the entire sequence N. This is achieved by demanipulating the signal phase due to the use of a quadratic detector. Accordingly, the duration of the radio pulse at the output of the terminal filter increases [4].

Недостатком устройства-прототипа являются большие флуктуационные уровни сигналов (феддиговый эффект), обусловленные интерференцией радиоволн, отраженных от разных непредсказуемых областей ионосферы.The disadvantage of the prototype device is the large fluctuation levels of the signals (feddig effect) due to interference of radio waves reflected from different unpredictable areas of the ionosphere.

Задача полезной модели - повышение чувствительности устройства обнаружения сигналов и существенное уменьшение флуктуационных уровней сигналов.The objective of the utility model is to increase the sensitivity of the signal detection device and significantly reduce the fluctuation levels of the signals.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, содержащее антенный вход, входное устройство, включающее последовательно соединенные первый широкополосный фильтр, первый усилитель высокой частоты и второй широкополосный фильтр, детектор, первый фильтр нижних частот, представляющий собой интегратор и пороговое устройство, при этом вход входного устройства соединен с антенным входом, а выход - с входом детектора, вход первого фильтра нижних частот соединен с выходом детектора, а выход - с входом порогового устройства, согласно изобретению между входным устройством и детектором дополнительно введены два преобразователя частоты, четыре усилителя высокой частоты, при этом один из них является управляемым, два полосовых фильтра промежуточной частоты, два узкополосных фильтра, усилитель АРУ, второй фильтр низкой частоты и гетеродин, при этом первый вход первого преобразователя частоты соединен с выходом входного устройства, второй вход - с выходом пятого управляемого усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого полосового фильтра промежуточной частоты, вход второго усилителя высокой частоты соединен с выходом первого полосового фильтра промежуточной частоты, а выход - с входом второго полосового фильтра промежуточной частоты, первый вход второго преобразователя частоты соединен с выходом второго полосового фильтра промежуточной частоты, второй вход - с выходом третьего усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого узкополосного фильтра, вход третьего усилителя высокой частоты соединен с выходом входного устройства, вход четвертого усилителя высокой частоты соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход - с входом второго узкополосного фильтра, выход которого соединен с входом детектора, вход усилителя АРУ соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, а выход - с входом второго фильтра низкой частоты, вход пятого управляемого усилителя высокой частоты соединен с выходом гетеродина, управляемый вход - с выходом второго фильтра низких частот, а выход - с вторым входом первого преобразователя частоты.This object is achieved by the fact that in the device for detecting signals with a priori uncertainty of their parameters, comprising an antenna input, an input device including a first broadband filter, a first high-frequency amplifier and a second broadband filter, a detector, a first low-pass filter, which is an integrator and a threshold device, while the input of the input device is connected to the antenna input, and the output is to the input of the detector, the input of the first low-pass filter is connected to the output ohm of the detector, and the output with the input of the threshold device, according to the invention, two frequency converters, four high-frequency amplifiers are additionally introduced between the input device and the detector, one of which is controllable, two intermediate-frequency bandpass filters, two narrow-band filters, an AGC amplifier, a second low-pass filter and a local oscillator, while the first input of the first frequency converter is connected to the output of the input device, the second input to the output of the fifth controlled high-frequency amplifier, and the output d - with the input of the first intermediate-frequency bandpass filter, the input of the second high-frequency amplifier connected to the output of the first intermediate-frequency bandpass filter, and the output - with the input of the second intermediate-frequency bandpass filter, the first input of the second frequency converter connected to the output of the second intermediate-frequency bandpass filter, second the input is with the output of the third high-frequency amplifier, and the output is with the input of the first narrow-band filter, the input of the third high-frequency amplifier is connected to the output of the input devices , the input of the fourth high-frequency amplifier is connected to the output of the first narrow-band filter, and the output is to the input of the second narrow-band filter, the output of which is connected to the detector input, the input of the AGC amplifier is connected to the output of the first low-frequency amplifier, and the output to the input of the second low-pass filter, the input of the fifth controlled high-frequency amplifier is connected to the local oscillator output, the controlled input is connected to the output of the second low-pass filter, and the output is connected to the second input of the first frequency converter.

Технический результат предложенного устройства - использование схемы подстановки частоты гетеродина и специальной схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), обеспечивающей регулирование уровня сигнала гетеродина и уровня сигнала на выходе системы, что обеспечивает существенное уменьшение флуктуации сигналов.The technical result of the proposed device is the use of a local oscillator frequency substitution circuit and a special automatic gain control (AGC) circuit that provides control of the local oscillator signal level and the signal level at the system output, which provides a significant reduction in signal fluctuation.

На фиг.1 представлена схема устройства обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, содержащая антенный вход 1, входное устройство 2, включающее первый 3 и второй 5 широкополосные фильтры и первый усилитель высокой частоты 4, первый 6 и второй 10 преобразователи частоты, второй 8, третий 21, четвертый 12 усилители высокой частоты, пятый управляемый усилитель высокой частоты 20, первый 7 и второй 9 полосовые фильтры промежуточной частоты, первый 11 и второй 13 узкополосные фильтры, детектор 14, первый 15 и второй 18 фильтры низкой частоты, пороговое устройство 16, усилитель АРУ 17, гетеродин 19.Figure 1 presents a diagram of a device for detecting signals with a priori uncertainty of their parameters, comprising an antenna input 1, an input device 2, including a first 3 and a second 5 broadband filters and a first high-frequency amplifier 4, the first 6 and second 10 frequency converters, the second 8, the third 21, fourth 12 high-frequency amplifiers, the fifth controlled high-frequency amplifier 20, the first 7 and second 9 bandpass filters of the intermediate frequency, the first 11 and second 13 narrow-band filters, detector 14, the first 15 and second 18 low-pass filters Toty, threshold device 16, AGC amplifier 17, a local oscillator 19.

Предлагаемое устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров работает следующим образом. Сигнал с антенного входа 1 поступает на входное устройство 2, содержащее первый 3 и второй 5 широкополосных фильтры, полоса пропускания которых рассчитана на весь диапазон декаметровых волн (3-30 МГц). Во входном устройстве 2 предусмотрена постановка малошумящего усилителя 4. Далее сигнал с выхода первого преобразователя частоты 10 снимается на усилителе высокой частоты 8 и полосовых фильтрах промежуточной частоты 7 и 9, которые настроены на суммарную или разностную частоту в зависимости от условий работы устройства.The proposed device for detecting signals with a priori uncertainty of their parameters works as follows. The signal from the antenna input 1 enters the input device 2, containing the first 3 and second 5 wideband filters, the passband of which is designed for the entire range of decameter waves (3-30 MHz). In the input device 2, a low-noise amplifier 4 is set up. Next, the signal from the output of the first frequency converter 10 is recorded on a high-frequency amplifier 8 and intermediate-frequency bandpass filters 7 and 9, which are tuned to the sum or difference frequency depending on the operating conditions of the device.

Уровень сигнала с гетеродина 19 для обеспечения нормировки выходного сигнала и снижения величины флуктуации, характерных диапазону ДКМВ, регулируется схемой АРУ. АРУ содержит усилитель АРУ 17 и второй ФНЧ 18. Таким образом, управляемый усилитель 20 регулирует уровень напряжения гетеродина, подаваемого на второй вход первого преобразователя частоты 6. На второй преобразователь частоты 10 подаются два сигнала с второго полосового фильтра 9 и с третьего усилителя высокой частоты 21. На выходе второго преобразователя частоты 10 имеем сигнал частоты гетеродина, длительность которого равна длительности всей деманипулированной последовательности. Это позволяет существенно обузить полосу пропускания, требуемую для прохождения деманипулированного сигнала относительно ширины полосы пропускания, которая обеспечивает прохождение отдельных элементов последовательности. При прохождении сигнала через узкополосные фильтры 11 и 13 и усилитель высокой частоты 12 происходит резкое повышение отношения сигнал/шум. Сигнал с узкополосного фильтра 13 поступает на амплитудный детектор АД, состоящий из собственно детектора 14 и первого ФНЧ 15. После первого ФНЧ сигнал подается на пороговое устройство 16, выход которого обеспечивает мониторинг слабого сигнала на антенном входе 1.The level of the signal from the local oscillator 19 to ensure the normalization of the output signal and reduce the magnitude of the fluctuations characteristic of the DKMV range, is regulated by the AGC circuit. The AGC contains the AGC amplifier 17 and the second low-pass filter 18. Thus, the controlled amplifier 20 controls the voltage level of the local oscillator supplied to the second input of the first frequency converter 6. Two signals from the second band-pass filter 9 and from the third high-frequency amplifier 21 are supplied to the second frequency converter 10 At the output of the second frequency converter 10, we have a local oscillator frequency signal, the duration of which is equal to the duration of the entire demanipulated sequence. This allows you to significantly narrow the bandwidth required for the passage of the demanipulated signal relative to the bandwidth, which ensures the passage of individual elements of the sequence. When the signal passes through the narrow-band filters 11 and 13 and the high-frequency amplifier 12, a sharp increase in the signal-to-noise ratio occurs. The signal from the narrow-band filter 13 is fed to the amplitude detector HELL, consisting of the detector 14 and the first low-pass filter 15. After the first low-pass filter, the signal is supplied to the threshold device 16, the output of which monitors a weak signal at the antenna input 1.

Схема устройства, представленная на фиг.1, отличается от известных устройств тем, что с целью существенного уменьшения флуктуации сигналов происходит управление уровнем сигнала гетеродина 19. Для этого в схему АРУ вводится усилитель АРУ 17 и фильтр низких частот 18 с большой постоянной времени τ_ф>10 с., так как флуктуации носят относительно медленный характер (примерный период флуктуации 5-10 с.). Дополнительный ФНЧ 18, сглаживающий изменение уровня сигнала на выходе АД для управления уровнем сигнала гетеродина 19, практически позволяет обеспечить нормирование сигнала на выходе устройства.The device circuit shown in Fig. 1 differs from the known devices in that in order to significantly reduce signal fluctuation, the signal level of the local oscillator 19 is controlled. For this, an AGC amplifier 17 and a low-pass filter 18 with a large time constant τ _f > are introduced 10 s., Since fluctuations are relatively slow in nature (the approximate period of fluctuations is 5-10 s.). An additional low-pass filter 18, smoothing the change in the signal level at the AD output to control the signal level of the local oscillator 19, can practically ensure the normalization of the signal at the output of the device.

Предлагаемое устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров имеет нетрадиционное построение радиоприемного тракта, который позволяет обеспечить функционирование системы обнаружения независимо от вида используемого кода излучаемой последовательности с результатом, аналогичным корреляционной обработке сигнала. Отличие предлагаемого устройства от прототипа [4] состоит в том, что используется схема деманипуляции ФМн или ЧМн последовательности. Это обеспечивается применением схемы подстановки частоты гетеродина 19. Применение высокостабильных кварцевых генераторов способствует существенному улучшению качества работы гетеродина.The proposed device for detecting signals with a priori uncertainty of their parameters has an unconventional construction of the radio receiving path, which allows for the functioning of the detection system regardless of the type of code used for the emitted sequence with a result similar to correlation signal processing. The difference between the proposed device from the prototype [4] is that it uses the scheme of demanipulation of FMN or FMN sequence. This is ensured by the use of a local oscillator frequency substitution circuit 19. The use of highly stable crystal oscillators contributes to a significant improvement in the quality of the local oscillator.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Пусть на антенный вход приемного тракта системы поступает ФМн сигнал в видеConsider the operation of the proposed device. Let the FMN signal in the form

где для каждого µ значение q_µ может принимать величины 0 или 1 в зависимости от конкретного вида псевдослучайной последовательности (ПСП), функция 1(t) - единичный скачек, N - число элементов последовательности, U_m - амплитуда сигнала, принятого на антенный вход,

, ω_H - частота ВЧ-заполнения радиоимпульсов последовательности, ψ - начальная фаза ВЧ-заполнения при q_µ=0, τ - длительность элемента последовательности, длительность всей последовательности равна Nτ.where for each µ, the value of q _µ can take values 0 or 1 depending on the particular type of pseudo-random sequence (PSP), function 1 (t) is the unit jump, N is the number of elements in the sequence, U _m is the amplitude of the signal received at the antenna input,

, ω _H is the frequency of the RF filling of the radio pulses of the sequence, ψ is the initial phase of the RF filling at q _µ = 0, τ is the duration of the element of the sequence, the duration of the entire sequence is Nτ.

Запишем сигнал гетеродинаRecord the local oscillator signal

где Ф_Г=ω_Гt+ψ_Г, ω_Г и ψ_Г - частота и начальная фаза гетеродина соответственно.where Ф _Г = ω _Г t + ψ _Г , ω _Г and ψ _Г are the frequency and the initial phase of the local oscillator, respectively.

В качестве преобразователей частоты рассмотрим безынерционные перемножители сигналов. Тогда на первый преобразователь частоты поступают сигналы с антенного входа и гетеродина:As frequency converters, we consider inertialess signal multipliers. Then the signals from the antenna input and the local oscillator arrive at the first frequency converter:

Фильтр промежуточной частоты выделяет верхнюю или нижнюю составляющую частоты в зависимости от условий работы устройства на выходе первого преобразователя, т.е.The intermediate frequency filter selects the upper or lower component of the frequency depending on the operating conditions of the device at the output of the first converter, i.e.

Для второго преобразования частоты используются сигналы после первого преобразования частоты и снимаемый с антенного входа. Тогда сигнал на выходе второго ПЧ запишем в форме:For the second frequency conversion, signals are used after the first frequency conversion and taken from the antenna input. Then the signal at the output of the second IF is written in the form:

СуммаAmount

т.е. описывает прямоугольный радиоимпульс длительностью Nτ.those. describes a rectangular radio pulse of duration Nτ.

Тогда учитывая, что узкополосный фильтр выделяет частоту гетеродина, из (5) имеемThen, given that the narrow-band filter extracts the local oscillator frequency, from (5) we have

Увеличение длительности последовательности относительно длительности каждого элемента последовательности в N раз позволяет уменьшить во столько же раз полосу пропускания выходных фильтров и тем самым во столько же раз улучшить отношение сигнал/шум. Имеем эффект, подобный по улучшению отношения сигнал/шум как и при работе коррелятора, но в отличие от последнего не требующий априорной информации о коде последовательности.An increase in the duration of the sequence relative to the duration of each element of the sequence by N times allows one to reduce the passband of the output filters by the same amount and thereby improve the signal-to-noise ratio by the same amount. We have an effect similar to improving the signal-to-noise ratio as with the correlator, but unlike the latter, it does not require a priori information about the sequence code.

Источники информацииInformation sources

1. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиовзаимодействия и радиотехнической разведки. М. Сов. Радио. 1968 - 448 с.1. Vakin S.A., Shustov L.N. Fundamentals of radio interaction and electronic intelligence. M. Sov. Radio. 1968 - 448 p.

2. Мищенко Ю.А. Загоризонтная радиолокация - М. Воениздат, 1972 г.- 96 с.2. Mishchenko Yu.A. Over-the-horizon radar - M. Voenizdat, 1972 - 96 p.

2. Патент на полезную модель №69688, Н04В 15/00, опубл. 27.12.2007 г.2. Patent for utility model No. 69688, Н04В 15/00, publ. 12/27/2007

3. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М. Радио и связь. 1985 г., 384 с.3. Varakin L.E. Communication systems with noise-like signals. - M. Radio and communications. 1985, 384 p.

Claims

A device for detecting signals with a priori uncertainty of their parameters, comprising an antenna input, an input device including a first broadband filter, a first high-frequency amplifier and a second broadband filter, a detector, a first low-pass filter, which is an integrator and a threshold device, while the input is input the device is connected to the antenna input, and the output to the detector input, the input of the first low-pass filter is connected to the detector output, and the output to the threshold input a device characterized in that between the input device and the detector two frequency converters, four high-frequency amplifiers are additionally introduced, one of which is controllable, two intermediate-frequency bandpass filters, two narrow-band filters, an AGC amplifier, a second low-pass filter and a local oscillator, the first input of the first frequency converter is connected to the output of the input device, the second input to the output of the fifth controlled high-frequency amplifier, and the output to the input of the first bandpass filter daily frequency, the input of the second high-frequency amplifier is connected to the output of the first intermediate-frequency bandpass filter, and the output is connected to the input of the second intermediate-frequency filter, the first input of the second frequency converter is connected to the output of the second intermediate-frequency filter, and the second input is to the output of the third high-frequency amplifier frequency, and the output is with the input of the first narrow-band filter, the input of the third high-frequency amplifier is connected to the output of the input device, the input of the fourth high-frequency amplifier s is connected to the output of the first narrow-band filter, and the output is to the input of the second narrow-band filter, the output of which is connected to the input of the detector, the input of the AGC amplifier is connected to the output of the first low-frequency amplifier, and the output is connected to the input of the second low-pass filter, the input of the fifth high-frequency amplifier frequency is connected to the local oscillator output, the controlled input is connected to the output of the second low-pass filter, and the output is connected to the second input of the first frequency converter.