RU2230337C2 - Signal processing device built into radar with phase arrays - Google Patents
Signal processing device built into radar with phase arrays Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230337C2 RU2230337C2 SU4541959/09A SU4541959A RU2230337C2 RU 2230337 C2 RU2230337 C2 RU 2230337C2 SU 4541959/09 A SU4541959/09 A SU 4541959/09A SU 4541959 A SU4541959 A SU 4541959A RU 2230337 C2 RU2230337 C2 RU 2230337C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quadrature
- signal
- signals
- output
- multiplier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для измерения угломестной координаты источников излучения в РЛС, содержащих фазированную антенную решетку (ФАР), в условиях действия интенсивных активных шумовых и иных помех. Возможно применение устройства и для улучшения разрешения сигналов, имеющих различную интенсивность, по угломестной координате.The invention relates to radar and can be used to measure the elevation coordinate of radiation sources in radars containing a phased antenna array (PAR) under conditions of intense active noise and other noise. It is possible to use the device to improve the resolution of signals having different intensities in elevation coordinate.
Известно, что обработка сигналов в РЛС с ФАР позволяет эффективно решать целый ряд сложных радиолокационных задач [1]. Широкое применение устройства на основе ФАР находят в тех случаях, когда необходимо оперативно производить измерение угломестной координаты воздушных объектов (ВО). В связи с этим в качестве прототипа выбрано "устройство обработки сигналов в фазированных антенных решетках" [2].It is known that the processing of signals in radars with headlamps can effectively solve a number of complex radar problems [1]. Widespread use of the device based on the phased array is found in those cases when it is necessary to quickly measure the elevation coordinate of airborne objects (VO). In this regard, as a prototype of the selected device signal processing in phased antenna arrays "[2].
Это устройство содержит антенные элементы, канальные приемники, электронные ключи, фазовые детекторы, запоминающие устройства, коммутатор и анализатор спектра. Сущность работы устройства заключается в образовании специального сигнала, соответствующего распределению сигналов в вертикальном сечении апертуры ФАР и его спектральном анализе. Для этого в каждом n-ом канале ФАР (n∈[1,N]) после усиления и оптимальной обработки в канальных приемниках сигналы подаются на электронные ключи, в которых одновременно производится взятие сигнальных выборок длительностью ≤Ти/N. Далее эти выборки запоминаются и с помощью электронного коммутатора из них создается единый сигнал. В этом сигнале выборки расположены регулярно и таким образом, что около выборки с номером n располагаются выборки с номерами n-1 и n+1. В результате этого после коммутатора образуется сигнал длительностью ≤Ти.This device contains antenna elements, channel receivers, electronic keys, phase detectors, storage devices, a switch and a spectrum analyzer. The essence of the device consists in the formation of a special signal corresponding to the distribution of signals in the vertical section of the PAR aperture and its spectral analysis. For this, in each n-th channel of the PAR (n∈ [1, N]), after amplification and optimal processing in the channel receivers, the signals are sent to electronic keys, in which signal samples of duration ≤T and / N are simultaneously taken. Further, these samples are stored and with the help of an electronic switch a single signal is created from them. In this signal, the samples are arranged regularly and in such a way that samples with numbers n-1 and n + 1 are located near the sample with number n. As a result of this, a signal of duration ≤T and is formed after the switch.
Известно, что разность фаз сигналов в соседних элементах ФАР составляетIt is known that the phase difference of the signals in the adjacent elements of the PAR is
Здесь Δd - расстояние между соседними элементами ФАР в вертикальной плоскости;Here Δd is the distance between adjacent PAR elements in the vertical plane;
λ - длина волны РЛС,λ is the radar wavelength,
ε - угол места источника излучения.ε is the elevation angle of the radiation source.
Поскольку порядок следования выборок в сигнале на выходе коммутатора и расположение сигналов в ФАР одинаковы, а изменения начальных фаз выборок определены (1), можно показать, что несущая частота такого сигнала зависит от угла εSince the sequence of samples in the signal at the output of the switch and the location of the signals in the headlamp are the same, and the changes in the initial phases of the samples are determined (1), it can be shown that the carrier frequency of such a signal depends on the angle ε
Спектральный анализ позволяет различать сигналы с различными значениями ωε, а значит и с различными углами ε (2). Измерение ωε с помощью анализатора спектра позволяет определять угол места (2) источников излучения, лоцируемых ВО.Spectral analysis allows us to distinguish between signals with different values of ωε, and hence with different angles ε (2). Measurement of ωε using a spectrum analyzer allows you to determine the elevation angle (2) of radiation sources located in the VO.
Применение устройства [2] не позволяет достичь цели в условиях действия активных шумовых помех. Дело в том, что использование автокомпенсаторов [4] позволяет защитить рассматриваемое устройство от активных шумовых помех (АШП), лишь в области боковых лепестков диаграммы направленности (ДН) ФАР в азимутальной плоскости. Если источник АШП принимается основным лепестком ДН ФАР, то корреляция помехи в основном и компенсационном каналах автокомпенсатора снижается и компенсации помехи не происходит. Применение поляризационной селекции при компенсации улучшает защищенность РДС от помех. Однако она эффективна только в определенных специальных условиях, когда один источник шумовых помех используется для излучения их с различными поляризациями. Очевидно, что эти условия легко исключаются при использовании независимых источников АШП или вращении плоскости поляризации помехи.The use of the device [2] does not allow to achieve the goal under the conditions of active noise interference. The fact is that the use of auto-compensators [4] allows you to protect the device from active noise interference (ACP), only in the area of the side lobes of the directivity pattern (NAM) of the PAR in the azimuthal plane. If the ACP source is received by the main lobe of the HEADLAM, then the correlation of the interference in the main and compensation channels of the autocompensator is reduced and the interference is not compensated. The use of polarization selection for compensation improves the security of the RDS from interference. However, it is effective only in certain special conditions, when one source of noise interference is used to radiate them with different polarizations. Obviously, these conditions are easily eliminated by using independent sources of ACP or by rotating the plane of interference polarization.
Таким образом, защита рассматриваемого устройства обработки сигналов от АШП в основном лепестке азимутальной ДН ФАР практически не обеспечивается.Thus, the protection of the considered signal processing device from ACP in the main lobe of the azimuthal daylight phased array is practically not provided.
Если учесть, что отношение интенсивностей АШП и полезность сигнала может достигать 60-70 дБ, то ясно, что в этих условиях невозможно измерение угловой координаты тех ВО, азимутальная координата которых практически совпадает с таковой у постановщика АШП. Эта особенность известного устройства является серьезным недостатком его.Given that the ratio of the ACP intensities and the usefulness of the signal can reach 60-70 dB, it is clear that under these conditions it is impossible to measure the angular coordinate of those HEs whose azimuthal coordinate practically coincides with that of the ACP director. This feature of the known device is a serious disadvantage of it.
Целью настоящего изобретения является улучшение защищенности устройства обработки сигналов в РЛС с ФАР от активных шумовых помех, принимаемых по основному лепестку азимутальной ДН. Можно утверждать, что заявляемое устройство позволит еще разрешать сигналы с сильно отличающимися (до ≈60 дБ) интенсивностями. Поэтому в заявляемом устройстве улучшится и разрешающая способность по угловой координате ε при приеме сигналов различной интенсивности. Это существенным образом повышает эффективность РЛС с ФАР и может обеспечивать работоспособность ее при действии помех иного типа, например пассивных и импульсных.The aim of the present invention is to improve the security of the signal processing device in the radar with the PAR from active noise interference received on the main lobe of the azimuthal beam. It can be argued that the claimed device will still allow signals with very different (up to ≈60 dB) intensities. Therefore, in the inventive device will improve and resolution in the angular coordinate ε when receiving signals of various intensities. This significantly increases the efficiency of radar with headlamps and can ensure its operability under the influence of other types of interference, such as passive and pulsed.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, взятое за прототип и содержащее антенные элементы, канальные приемники, фазовые детекторы, электронные ключи, запоминающие устройства и коммутатор с анализатором спектра, согласно изобретению последовательно с упомянутым анализатором спектра включен измеритель параметров сигнала, соединенный через пороговое устройство с постоянным запоминающим устройством, выходы которого соединены с умножителями, причем первый непосредственно, а второй - через устройство задержки, между которыми включен режекторный фильтр низких частот. Вход первого умножителя соединен с выходом устройства задержки, вход которого соединен со входом анализатора спектра и выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с коммутатором; выход второго умножителя соединен с вновь введенным анализатором спектра, выход которого соединен с упомянутым ранее устройством измерения параметров сигнала. Анализаторы спектра, аналого-цифровой преобразователь, устройства измерения параметров сигнала, задержки, а также постоянное запоминающее устройство соединены с источником синхроимпульсов для обеспечения необходимой последовательности их работы.This goal is achieved by the fact that in the known device, taken as a prototype and containing antenna elements, channel receivers, phase detectors, electronic keys, memory devices and a switch with a spectrum analyzer, according to the invention, a signal parameter meter connected in series with a threshold is connected in series with said spectrum analyzer a device with read-only memory, the outputs of which are connected to the multipliers, the first directly and the second through a delay device, inter for which the notch filter of low frequencies is included. The input of the first multiplier is connected to the output of the delay device, the input of which is connected to the input of the spectrum analyzer and the output of the analog-to-digital converter, the input of which is connected to the switch; the output of the second multiplier is connected to a newly introduced spectrum analyzer, the output of which is connected to the signal parameter measuring device mentioned above. Spectrum analyzers, an analog-to-digital converter, devices for measuring signal parameters, delays, as well as read-only memory are connected to a source of clock pulses to ensure the necessary sequence of their operation.
Как показал анализ, признаками, отличающими заявленное устройство от прототипа, являются имеющиеся в его составе постоянное запоминающее устройство, которое управляется через пороговое устройство, умножители сигналов с режекторным фильтром и второй анализатор спектра с устройством задержки сигналов. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".As the analysis showed, the features that distinguish the claimed device from the prototype are its permanent storage device, which is controlled through a threshold device, signal multipliers with a notch filter and a second spectrum analyzer with a signal delay device. Thus, we can conclude that it meets the criterion of "novelty."
Применение режекторных фильтров известно и используется, например, в устройствах СДЦ [7]. Обычно они выполняются в виде линейных фильтров с конечной импульсной переходной функцией (ИПФ) или бесконечной ИПФ в линейных системах с обратной связью. В заявляемом устройстве применение подобных фильтров возможно. Однако наличие переходных процессов определяет постепенный переход к режиму максимального подавления помехи. При этом постоянная времени должна выбираться из компромиссных соображений, обеспечивающих с одной стороны большее подавление и, с другой стороны, сохраняющих длительность сигнала. В заявленном устройстве может использоваться интерполяционный режекторный фильтр на основе спектрального представления режектируемых сигналов [8].The use of notch filters is known and used, for example, in SDC devices [7]. Usually they are performed in the form of linear filters with a finite pulse transition function (IPF) or an infinite IPF in linear feedback systems. In the inventive device, the use of such filters is possible. However, the presence of transients determines the gradual transition to the maximum interference suppression mode. In this case, the time constant should be chosen from compromise considerations that provide, on the one hand, greater suppression and, on the other hand, preserve the signal duration. In the claimed device can be used interpolation notch filter based on the spectral representation of the notched signals [8].
Анализ спектра входного сигнала в некоторой ограниченной области позволяет воспроизвести с необходимой точностью исходный сигнал (помеху) и устранить его из входного сигнала. При этом компромиссные требования к параметрам снимаются и подавление помех оказывается максимальным.Analysis of the spectrum of the input signal in a certain limited area allows reproducing with the necessary accuracy the original signal (interference) and eliminating it from the input signal. At the same time, compromise requirements for the parameters are removed and the suppression of interference is maximized.
Реализация режекторных фильтров оптимальна для низкочастотных сигналов [8]. Поэтому в заявленном устройстве перед режекцией производится преобразование частоты сигнала АШП в область нулевой частоты, где производится режекция, и восстановление частоты оставшихся после режекции сигналов.The implementation of notch filters is optimal for low-frequency signals [8]. Therefore, in the inventive device, before the notch, the frequency of the ACP signal is converted to the zero frequency region where the notch is performed, and the frequency of the signals remaining after the notch is restored.
Второй особенностью заявляемого устройства является использование постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), управляемого с помощью порогового устройства. В ПЗУ хранятся изначально внесенные в него сведения (коэффициенты) всех возможных значениях измеряемого параметра, т.е. угла ε. Выбор по результатам измерения ε координаты источника АШП соответствующих коэффициентов из ПЗУ обеспечивает преобразование частоты задержанных сигналов АШП в нулевую область. При этом пороговое устройство "разрешает" это преобразование только в том случае, если интенсивность входных сигналов, т.е. по существу сигналов АШП достаточно большая. Таким образом, устройство реагирует на появление только опасной по интенсивности АШП и производит подавление (компенсацию) ее. В случае малых сигналов АШП компенсации их не происходит, устройство работает обычным образом и обработка сигналов ВО обеспечивается за счет избирательных свойств устройства.The second feature of the claimed device is the use of read-only memory (ROM) controlled by a threshold device. The ROM stores the information (coefficients) originally entered into it of all possible values of the measured parameter, i.e. angle ε. The selection of the corresponding coefficients from the ROM by the results of measuring the ε coordinate of the ACW source ensures the conversion of the frequency of the delayed ACW signals to the zero region. Moreover, the threshold device "allows" this conversion only if the intensity of the input signals, i.e. essentially ACP signals are large enough. Thus, the device responds to the appearance of only a hazardous ACP in intensity and suppresses (compensates) it. In the case of small ACW signals, they are not compensated, the device operates in the usual way, and the processing of VO signals is provided due to the selective properties of the device.
Еще одна особенность заявленного устройства связана с наличием второго анализатора спектра и устройства задержки сигналов, поступающих на него. Эта особенность определяется конечной длительностью сигналов (≈Ти) и временными затратами на спектральный анализ в анализаторе спектра. В связи с этим информация о появлении АШП во входном сигнале запаздывает относительно начала сигнала. В этих условиях для осуществления режекции АШП и повторного спектрального анализа необходима задержка сигнала и второй анализатор спектра. Последний необходим, чтобы не прерывался анализ входных сигналов. В заявляемом устройстве полная задержка сигналов в канале второго анализатора незначительна и может достигать (2-3)Tи.Another feature of the claimed device is associated with the presence of a second spectrum analyzer and a delay device for the signals arriving at it. This feature is determined by the finite duration of the signals (≈Т and ) and the time spent on spectral analysis in the spectrum analyzer. In this regard, information about the appearance of the ACP in the input signal is delayed relative to the beginning of the signal. Under these conditions, a signal delay and a second spectrum analyzer are necessary for ACP rejection and repeated spectral analysis. The latter is necessary so that the analysis of input signals is not interrupted. In the inventive device, the total signal delay in the channel of the second analyzer is negligible and can reach (2-3) T and .
Рассмотренные признаки заявленного устройства являются существенными, т.к. только при их наличии может быть достигнута цель изобретения. Действительно, преобразование частоты сигналов обеспечивает возможность эффективной режекции АШП при сохранении длительности сигнала, а восстановление частоты сигнала перед вторым анализатором спектра позволяет сохранить единую частотную (угломестную) шкалу обоих анализаторов спектра. Применение порогового устройства позволяет фиксировать (обнаруживать) сигналы АШП "опасной", высокой интенсивности и включать канал режекции этих помех и вторичного спектрального анализа для обнаружения и измерения координат ВО, "прикрываемых" постановщиком АШП.The considered features of the claimed device are significant, because only if available can the objective of the invention be achieved. Indeed, signal frequency conversion provides the possibility of efficient ACN rejection while maintaining the signal duration, and restoration of the signal frequency in front of the second spectrum analyzer allows you to save a single frequency (elevation) scale of both spectrum analyzers. The use of a threshold device makes it possible to fix (detect) ACP signals of “dangerous”, high intensity and include a channel for rejecting these interference and secondary spectral analysis to detect and measure the coordinates of HE “covered” by the ACP director.
Таким образом, в заявленном устройстве цель изобретения может быть достигнута лишь на основе совокупности всех признаков, присущих ему и отсутствующих, как признаков, присущих ему и отсутствующих, как показывает сопоставительный анализ, у известных устройств.Thus, in the claimed device, the purpose of the invention can be achieved only on the basis of the totality of all the features inherent in it and absent, as signs inherent in it and absent, as shown by a comparative analysis, of known devices.
Только совокупное использование признаков прототипа и признаков, указанных в отличительной части формулы изобретения, обеспечивает появление новых свойств заявленного устройства и подтверждает тем самым соответствие заявленного устройства критериям "новизны" и "существенного отличия".Only the combined use of the features of the prototype and the features indicated in the characterizing part of the claims ensures the appearance of new properties of the claimed device and thereby confirms the compliance of the claimed device with the criteria of "novelty" and "significant difference".
Изложенная сущность поясняется графическим материалом. На фиг.1 изображена блок-схема устройства, принятого за прототип, а на фиг.2, 3, 7 - заявляемого. На фиг.1-3, 7 использованы следующие обозначения:The stated essence is illustrated by graphic material. Figure 1 shows a block diagram of a device adopted as a prototype, and figure 2, 3, 7 of the claimed. 1-3, 7 the following notation is used:
1 - антенный элемент,1 - antenna element,
2 - канальный СВЧ усилитель,2 - channel microwave amplifier
3 - смеситель,3 - mixer
4 - местный гетеродин,4 - local oscillator
5 - согласованный фильтр,5 - matched filter,
6 - двухквадратурный фазовый детектор6 - two-quadrature phase detector
7 - когерентный гетеродин,7 - coherent local oscillator,
8 - электронный ключ,8 - electronic key,
9 - запоминающее устройств,9 - storage devices
10 - коммутатор,10 - switch
11 - аналого-цифровой преобразователь,11 - analog-to-digital Converter,
12 - анализатор спектра,12 - spectrum analyzer,
13 - измеритель параметров сигнала,13 - meter signal parameters,
14 - устройство задержки сигналов,14 - device delay signals
15 - пороговое устройство,15 is a threshold device
16 - постоянное запоминающее устройство,16 - read-only memory device
17 - умножитель,17 - multiplier,
18 - режекторный фильтр,18 - notch filter,
19, 20 - вход сигнала синхронизации,19, 20 - input signal synchronization,
21 - выход устройства,21 - output device
22 - вычитающее устройство,22 is a subtractive device,
23 - интегратор,23 - integrator
24 - линия задержки,24 - delay line
25 - сумматор,25 - adder
26 - балансный смеситель,26 - balanced mixer,
27 - балансный модулятор,27 - balanced modulator,
28 - управляемый гетеродин.28 - controlled local oscillator.
На фиг.4 изображена структура ФАР, поясняющая свойства принимаемых сигналов. На фиг.4 использованы следующие обозначения:Figure 4 shows the structure of the PAR, explaining the properties of the received signals. In figure 4, the following notation is used:
1, 2,..n,..N - номера элементов ФАР в вертикальной плоскости,1, 2, .. n, .. N - numbers of PAR elements in the vertical plane,
О - поверхность земли,O is the surface of the earth
ε - угол места источника принимаемого сигнала,ε is the elevation angle of the source of the received signal,
d1 - расстояние от поверхности О до первого элемента ФАР,d 1 - the distance from the surface O to the first element of the PAR,
Δd - расстояние между соседними элементами ФАР,Δd is the distance between adjacent elements of the PAR,
Δr - разность хода сигналов для соседних элементов ФАР.Δr is the difference in the signal path for neighboring PAR elements.
На фиг.5, 6, 8 изображены эпюры сигналов, поясняющие работу заявленного устройства. При этом использованы следующие обозначения:Figure 5, 6, 8 shows a plot of signals explaining the operation of the claimed device. The following notation was used:
Ткв. - период квантования (взятая выборок) сигналов в элементах ФАР,T sq. - the quantization period (taken samples) of the signals in the PAR elements,
Us - огибающая сигнала, отраженного от ВО, в одном из каналов ФАР,U s - envelope of the signal reflected from the VO in one of the channels of the PAR,
UАШП - огибающая сигнала АШП в одном из каналов ФАР,U ACP - the envelope of the ACP signal in one of the headlamp channels,
Ткв.1 - период следования выборок из сигналов, принятых элементами ФАР, в образованном едином (объединенном) сигнале,T sq. 1 - the repetition period of samples from the signals received by the PAR elements in the formed single (combined) signal,
φs, φАШП - фазовая структура объединенного сигнала соответственно для случаев сигнала ВО и сигнала АШП,φ s , φ ACP - phase structure of the combined signal, respectively, for the cases of the VO signal and the ACP signal,
20 - синхроимпульсы,20 - clock pulses,
Si - сигнал в i-ом элементе дальности,S i - signal in the i-th element of the range,
То - задержка сигналов при обработке,T about - the delay of the signals during processing,
Т3s - полная задержка результата обработки,T 3s - the total delay of the processing result,
10-18 - номeра элементов заявляемого устройства,10-18 - the number of elements of the claimed device,
, - соответственно модули сигналов считываемых коммутатором 10 и их спектров, , - respectively, the signal modules read by the
ωNo, ωsi - соответственно несущие частоты сигнала АШП и сигнала ВО,ω No , ω si are respectively the carrier frequencies of the ACP signal and the BO signal,
ΔB1 - относительное изменение уровней спектральной плотности в основном и первом боковом лепестках,ΔB 1 - the relative change in the levels of spectral density in the main and first side lobes,
ΔВ2 - октавное относительное изменение уровней спектральной плотности в боковых лепестках,ΔВ 2 - octave relative change in spectral density levels in the side lobes,
ωmax - максимальная частота сигнала, определяемая дискретной структурой ФАР,ω max - the maximum frequency of the signal, determined by the discrete structure of the PAR,
Kф - частотная характеристика режекторного фильтра.K f - frequency response of the notch filter.
Заявленное устройство состоит из N антенных элементов 1. После каждого элемента 1 последовательно соединены канальный СВЧ усилитель 2, смеситель 3 с подключенным местным гетеродином 4, согласованный фильтр 5, двухквадратурный фазовый детор 6 с подключенным когерентным гетеродином 7, электронный ключ 8 и запоминающее устройство 9. Запоминающие устройства 9 всех N каналов ФАР подключены к коммутатору 10, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь 11. К выходу его 11 подключен анализатор спектра 12, соединенный с измерителем параметров сигнала 13, выход которого 21 является выходом всего устройства. Параллельно с анализатором спектра 12 включено устройство задержки сигналов 14, выход которого соединен с последовательно включенными умножителем 17, режекторным фильтром 18, вторым умножителем 17 и вторым анализатором спектра 12, выход которого соединен с измерителем параметров сигнала 13. Выходы измерителя параметров сигнала 13 соединены: один - с пороговым устройством 15, другой - с постоянным запоминающим устройством 16, два выхода которого подключены соответственно ко вторым входам умножителей 17, причем у первого умножителя 17 - непосредственно, а у второго - через второе устройство задержки сигналов 14. Синхроимпульсы 19 подключены к коммутатору 10, АЦП 11, устройствам задержки сигналов 14, постоянному запоминающему устройству 16 и режекторному фильтру 18. Импульсы синхронизации 20 подключены к обоим анализаторам спектра 12, измерителю параметров сигнала 13 и режекторному фильтру 18. Фазовый детектор 6 и все последующие устройства, кроме измерителя параметров сигнала 13 и порогового устройства 15, являются двухквадратурными.The claimed device consists of
Устройство работает следующим образом. Принятые элементами I ФАР сигналы в каждом из N каналов усиливаются на СВЧ в 2, преобразуются местным гетеродином 4 и смесителем 3 на промежуточную частоту, где фильтруются с помощью согласованного фильтра 5. Далее сигналы детектируются в двухквадратурном фазовом детекторе 6, на который подается колебание когерентного гетеродина 7. В результате образуются два видеосигнала, являющиеся проекциями сигнального вектора на сдвинутые на π/2 составляющие колебания когерентного гетеродина 7. С помощью электронных ключей 8, управляемых синхроимпульсами 20, из видеосигналов одновременно во всех N каналах ФАР получают короткие выборки. Эти выборки запоминаются в устройствах 9 и считываются из них последовательно коммутатором 10. При этом одновременные выборки из сигналов N элементов ФАР преобразуются в последовательные с регулярным порядком следования. При этом первой следует выборка с крайнего элемента ФАР и далее все последующие.The device operates as follows. The signals received by the I PHA elements in each of the N channels are amplified by microwave at 2, converted by the local
Период синхроимпульсов 20 выбирается в соответствии с теоремой Котельникова и равен Tкв ≈ 1/Δfn ≈ Ти - длительности сигнала. Длительность выборок сигнала меньше или равна Тn/N. Поэтому после коммутатора 10 образуются сигналы, длительность которых не превышает Ти. Эти сигналы подаются на АЦП 11 и каждая выборка преобразуется в цифровую форму на основе двоичного цифрового кода. Далее сигналы поступают на анализатор спектра 12, где осуществляется анализ их по гармоническим составляющим, т.е. Фурье-анализ. При анализе в 12 образуется сигнал в виде модуля спектра. Поэтому две квадратуры входного сигнала в анализаторе 12 преобразуются к одному спектральному (модуль спектра) сигналу. Этот сигнал поступает в измеритель параметров сигнала 13, где производится измерение частоты (несущей) и амплитуды его. Значение частоты сигнала связано (1, 2) с величиной угла места ε источника сигнала и измерение ее является важнейшей задачей заявленного устройства. Информация об измеренном ε выдается на выход всего устройства 21. Кроме этого информация об ε поступает на вход постоянного запоминающего устройства 16. Результат измерения амплитуды сигнала поступает на пороговое устройство 15, где сравнивается с установленной заранее пороговой величиной. Цель сравнения состоит в определении "опасного" (порогового) уровня сигнала АШП, при котором невозможно обнаружить полезные сигналы с этого азимутального направления - направления на источник АШП. Например, если пороговый сигнал на выходе 12 составляет ρп и при уровне помехи на выходе 12≥ρп/2, измерение и обнаружение становится недостоверным, то, с учетом уровня боковых лепестков в вертикальном сечении ФАР заявленного устройства - βл, уровень пороговой величины для 15 должен составить βп ≈ ρп/2βл. Если сигнал на выходе 12 (13), содержащий АШП превышает этот уровень, то с порогового устройства 15 на ПЗУ 16 поступает сигнал, разрешающий включение сигналов его на умножитель 17 и устройство задержки 14. В ПЗУ 16 изначально записаны и хранятся значения коэффициентов, необходимые для преобразования частоты входного сигнала (2) к нулевой частоте. Информация о частоте сигнала, полученная в 13, используется для выбора необходимых коэффициентов из 16. При этом правило выбора состоит в том, что из 16 выбирается наиболее близкая к результату измерения в 13 частота (коэффициенты). Понятие частота, применительно к рассматриваемому случаю, можно уточнить в том смысле, что следует иметь в виду набор дискретных значений комплексных Фурье-коэффициентов. При этом дискретные значения является выборками из непрерывного сигнала с несущей типа(2). Известно [1], что минимальная величина дискрета на угломестной шкале равна Δεmin ≈ λ/2LA (LA=N·Δd - размер апертуры ФАР). Однако при использовании такого дискрета в ПЗУ 16 преобразование к нулевой частоте будет происходить достаточно грубо и это приведет к необходимости применения весьма сложного фильтра 18 - фильтра высокого порядка. Поэтому целесообразно использовать в 16 более мелкие дискреты . При этом всего в устройстве 16 необходимо иметь 2 N2 (5-10)2 значений фазы, образующих комплексные коэффициенты . После преобразования в умножителе 17 частоты сигналов АШП к нулевой частоте (с использованием комплексно-сопряженных коэффициентов ПЗУ) происходит режекция их в режекторном фильтре 18. Для этого в режекторном фильтре анализируется спектр сигналов в небольшой области около нулевой частоты и по этому спектру воссоздается сигнал нулевой частоты, содержащийся во входном сигнале. Далее он вычитается из входного сигнала, а оставшийся после компенсации сигнал поступает на выход режекторного фильтра 18 и далее на вход второго умножителя 17. В этом умножителе используются Фурье-коэффициенты, комплексно-сопряженные тем, что использовались в первом умножителе 17. Поэтому после второго умножения частота сигналов восстанавливается к исходному ее значению, существовавшему до первого умножения. В режекторном фильтре 18 происходит задержка сигналов в процессе режекции сигналов АШП. Поэтому коэффициенты ПЗУ 16 для второго умножителя 17 задерживаются в устройстве задержки 14, включенном между устройствами 16 и вторым умножителем 17. После второго умножителя 17 сигналы поступают на второй анализатор спектра 12, выполненный аналогично первому. В этом анализаторе производится спектральный анализ сигналов, оставшихся после компенсации АШП и далее в 13 происходит определение частоты (угла места) их (2). Информация об этом из измерителя параметров сигнала 13 поступает на выход 21 всего устройства.The
Элементы заявленного устройства работают синхронно. Основной тактовой частотой является частота считывания выборок сигналов элементов ФАР 19. При этом за время длительности сигнала Ти должно считываться N выборок и, следовательно, период следования выборок Ткв.1=Ти/N. С этой же скоростью производится выборка коэффициентов из ПЗУ 16 и управление работой устройств задержки сигналов 14 и АЦП 11. Для управления электронными ключами 8 взятия выборок из элементов ФАР анализаторами спектра 12 и измерителем параметров сигналов 13 используются более редкие (в N раз) синхроимпульсы 20.Elements of the claimed device operate synchronously. The main clock frequency is the reading frequency of the samples of the signals of the
На фиг.5 изображены эпюры напряжений, поясняющие работу заявленного устройства. Эпюра Us показывает модуль сигнала в одном из каналов ФАР. В качестве примера выбран простой гармонический сигнал с прямоугольной огибающей. После согласованного фильтра 5 этот сигнал имеет огибающую треугольной формы. Как видно из эпюры, из сигнала будут взяты две выборки. Соответствующие импульсы квантования (Uкв. ≡ 20) отмечены. Модуль сигнала АШП изображен на следующей эпюре. В отличие от сигнала ВО АШП непрерывна, а амплитуда ее случайна. Поэтому выборки АШП образуются на большем отрезке времени (дальности).Figure 5 shows a plot of stresses explaining the operation of the claimed device. The plot of U s shows the signal module in one of the headlamp channels. As an example, a simple harmonic signal with a rectangular envelope is selected. After the matched
На следующих эпюрах, выполненных в более крупном масштабе времени, представлены сигналы после коммутатора 10. Они образуют регулярную последовательность выборок из N элементов ФАР в возрастающем, например, порядке их номеров. Период считывания выборок Ткв.1 при образовании единого сигнала в 10 меньше и кратен периоду взятия выборок Ткв.. На 5-ой и 6-ой эпюрах изображены соответственно последовательности амплитуд выборок сигнала и начальных фаз их. В соответствии с (1) значения начальных фаз определяются разностью хода между элементами ФАР, а изменение их происходит монотонно. На двух последних эпюрах изображены аналогичные сигналы АШП. Видим, что для АШП изменение амплитуд выборок случайное, а последовательность начальных фаз имеет случайную фазу первой выборки. Последовательность начальных фаз регулярна поскольку определяется углом ε источника АШП. На эпюpax фиг.5 изображены сигналы для случая, когда переотражений от поверхности земли нет. Существование такого сигнала (фиг.4) приводит в основном к модуляции амплитуды сигнала Us, образованного чередующимися выборками из элементов ФАР [1] и не является существенным для работы заявляемого устройства. Эпюры на фиг.6 дают представление о последовательности прохождения сигнала в элементах заявляемого устройства. Видим, что сигнал в i-ом элементе дальности, т.е. i-ые выборки из элементов ФАР, (Si) занимает практически весь интервал квантования. Этот сигнал образуется устройствами 10, 11. В анализаторе спектра 12 сигнал, как известно, не может появиться ранее того, как окончится входной сигнал Si. Поэтому результат анализа наблюдается в следующем кванте. Измеритель параметров и пороговое устройство (13, 15) обрабатывают сигнал в этом же кванте дистанции. Из 16 выбор коэффициентов осуществляется только после окончания процесса измерения в 13, т.е. в следующем кванте (втором от начала действия сигнала Si). В этом же кванте происходит умножение сигнала в умножителе 17. Поэтому сигнал на этот умножитель задерживается в 14 на два интервала квантования (To). В фильтре 18 сигнал задерживается на один интервал квантования, т.к. фильтрация связана с определением специального спектра Si. Этот сигнал обрабатывается во втором умножителе 17 (2). Фурье-коэффициенты на второй вход его подаются с 16. Поскольку они вырабатываются ранее, то необходима задержка их во втором устройстве 14 на То. Как видно, величина То равна двум интервалам квантования. Далее сигнал анализируется во втором анализаторе спектра и на это тоже требуется время в один интервал квантования. Видим, что суммарные затраты времени составляют Т3s, равны четырем интервалам квантования. Эти затраты незначительны, постоянны и легко могут быть учтены при обработке сигналов в РЛС.The following diagrams, performed on a larger time scale, show the signals after
Заявленное устройство представляет вариант реализации на основе цифровой техники. Это связано с возможностями элементной базы ее, высокими точностями реализуемых операций, широкой номенклатурой их и высокой технологичностью аппаратуры. Однако заявленное устройство, как и прототип, может быть выполнено и на основе аналоговой техники. На фиг.7 изображена функциональная схема такого устройства. Видим, что оно идентично устройству, изображенному на фиг.2. При переходе к аналогу устройства задержки заменяются линиями задержки 9→24, 14→24. Исключается АЦП 11. ПЗУ заменяется управляемым (по частоте) гетеродином 16→28. Умножители соответственно заменяются балансным смесителем и модулятором 26 и 27. Обработка сигнала в аналоговом устройстве не требует двух квадратур. Двухквадратурным остается лишь режекторный фильтр 18. Все эти особенности и отражены в схеме фиг.7. Работа этого устройства происходит аналогично цифровому и не требует специальных пояснений.The claimed device is an implementation option based on digital technology. This is due to the capabilities of its elemental base, high accuracy of operations, their wide range and high technology equipment. However, the claimed device, like the prototype, can be performed on the basis of analogue technology. 7 shows a functional diagram of such a device. We see that it is identical to the device depicted in figure 2. When switching to an analog device, delays are replaced by
Рассмотрим кратко основные соотношения сигналов в элементах заявленного устройства, определяющие реализуемую им эффективность. Для простоты воспользуемся аналоговой формой сигналов. Пусть принимаются сигнал АШП и полезный сигнал при t∈[0-Tи]Let us consider briefly the main signal ratios in the elements of the claimed device, which determine the efficiency realized by it. For simplicity, we will use the analog waveform. Let the ACP signal and the useful signal be received at t∈ [0-T and ]
здесь , - соответственно векторы АШП и полезного сигнала;here , - respectively, the ACP and useful signal vectors;
ωN, ωs - соответственно частоты этих сигналов, связанные соотношением (2) с углами места;ω N , ω s are respectively the frequencies of these signals, related by relation (2) with elevation angles;
То - длительность сигнала (интервал квантования)T about - the duration of the signal (quantization interval)
В анализаторе спектра определяется:The spectrum analyzer determines:
Поскольку эта операция линейная, а помеха много больше сигнала, последний в спектре не обнаруживается. Это происходит из-за боковых лепестков спектральных сигналов [10], которые при оказываются обычно больше полезного сигнала и "маскируют" его. В этих условиях влиянием сигнала на помеху можно пренебречь и измерить частоту помехи обычным для прототипа способом - по положению максимума спектра. Далее сигнал (3) преобразуется с гетеродинным напряжением, частота которого определяется частотой АШП, т.е. ωr=ωN. При этом получается сигнал следующего вида:Since this operation is linear, and the interference is much larger than the signal, the latter is not detected in the spectrum. This is due to the side lobes of the spectral signals [10], which, when usually there are more useful signal and “mask” it. Under these conditions, the influence of the signal on the interference can be neglected and the interference frequency measured in the usual way for the prototype - by the position of the maximum spectrum. Next, the signal (3) is converted with a heterodyne voltage, the frequency of which is determined by the frequency of the ACP, i.e. ω r = ω N. This produces a signal of the following form:
Далее необходимо редактировать сигнал АШП нулевой частоты и сохранить при этом полезный сигнал ВО, имеющий иную частоту (3.1). Для этого можно применить фильтр на основе череспериодного компенсатора системы СДЦ (10, стр.48). Однако такие режекторы, являясь линейными устройствами, обладают импульсной переходной функцией с конечной длительностью. Поэтому при режекции возникают переходные процессы, которые приводят к компромиссу между подавлением АШП и снижением чувствительности по отношению к полезным сигналам.Next, it is necessary to edit the ACP signal of zero frequency and at the same time save the useful VO signal having a different frequency (3.1). To do this, you can apply a filter based on the interperiodic compensator of the SDS system (10, p. 48). However, such notch devices, being linear devices, have a pulse transition function with a finite duration. Therefore, during rejection, transients occur that lead to a compromise between the suppression of ACP and a decrease in sensitivity with respect to useful signals.
Однако в заявленном устройстве можно применять для режекции нелинейный фильтр на основе спектрального представления сигналов. При этом в фильтре имеется постоянная задержка сигналов, а переходные процессы, подобные тем, что наблюдаются в линейных фильтрах, отсутствуют. В связи с этим оказывается возможной глубокая режекция сигналов АШП и практически полное отсутствие потерь чувствительности по отношению к полезным сигналам. Поскольку использование нелинейных фильтров связано с более сложными процессами ниже приводятся выкладки, поясняющие их и дающие оценки достижимых результатов.However, in the inventive device, a nonlinear filter based on the spectral representation of the signals can be used for rejection. At the same time, there is a constant signal delay in the filter, and transients similar to those observed in linear filters are absent. In this regard, it is possible to deeply reject the ACP signals and the almost complete absence of loss of sensitivity in relation to useful signals. Since the use of nonlinear filters is associated with more complex processes, calculations are presented below that explain them and give estimates of achievable results.
Фильтр режекции производит разложение сигнала Us1 в спектр по степенным ортогональным полиномам [8] до второй-четвертой степени. Ограничение количества полиномов связано с необходимостью более точного воспроизведения сигналов АШП в условиях малых углов ε приема их, когда сказывается влияние переотраженного землей сигнала [1]. Для остальных углов ε можно ограничиться полиномами нулевой и первой степени. Далее по полиномиальному спектру с помощью обратного спектрального преобразования воссоздается сигнал Us2. Поскольку полиномиальный спектр определялся по начальным полиномам (не выше 4-й степени), то вклад сигнала , имеющего отличающуюся от нулевой несущую частоту, в значения спектральных коэффициентов незначителен. Следовательно эти коэффициенты, как и воссоздаваемый сигнал Us2 определяются в основном сигналом АШП. Так, если используется лишь полином нулевого порядка, т.е. Po(t)=I, то спектр:The notch filter decomposes the signal U s1 into a spectrum according to power orthogonal polynomials [8] to the second or fourth degree. The limitation of the number of polynomials is associated with the need for more accurate reproduction of ACW signals in the conditions of small angles ε of their reception, when the effect of the signal reflected by the ground affects [1]. For the remaining angles ε, we can restrict ourselves to polynomials of degree zero and degree one. Further, the signal U s2 is reconstructed from the polynomial spectrum using the inverse spectral transformation. Since the polynomial spectrum was determined by the initial polynomials (not higher than the 4th degree), the signal contribution having a different carrier frequency from zero, the values of spectral coefficients are negligible. Therefore, these coefficients, as well as the reconstructed signal U s2, are determined mainly by the ACP signal. So, if only a polynomial of order zero is used, i.e. P o (t) = I, then the spectrum:
При образовании сигнала на основе спектра (4) получим:When a signal is formed based on spectrum (4), we obtain:
После вычитания этого сигнала из преобразованного входного (Us1) имеем . Из соотношения (4), в котором определен сигнал , следует, что . После преобразования частоты этого сигнала в умножителе, включенном после режекторного фильтра, восстанавливаем прежние частоты сигналов:After subtracting this signal from the converted input (U s1 ), we have . From relation (4), in which the signal is determined , follows that . After converting the frequency of this signal in the multiplier included after the notch filter, we restore the previous signal frequencies:
В результате сигнал Us4 содержит полезный сигнал и "остаток" от АШП, величина которого не превышает полезного сигнала. При спектральном анализе этого сигнала во втором анализаторе спектра сигнал легко обнаруживается и измеряется его частота.As a result, the signal U s4 contains the useful signal and the "remainder" from the ACP, the value of which does not exceed the useful signal. In the spectral analysis of this signal in the second spectrum analyzer, the signal its frequency is easily detected and measured.
Таким образом, оказывается возможным обнаружение и измерение частоты (утла места) сигналов в РЛС с ФАР в условиях, когда полезный сигнал принимается в основном лепестке диаграммы направленности одновременно с АШП. Рассмотрение принципа действия заявленного устройства показывает, что в нем производится режекция интенсивных помех на основе использования спектральных различий полезного сигнала и АШП. Действительно, сигналы помех преобразуются в область режектируемых в фильтре частот, а сигналы ВО, имеющих иную угломестную координату, а следовательно, и частоту, оказываются вне зоны режекции, сохраняются на выходе фильтра 18 и наблюдаются при дальнейшей обработке. Спектральный состав всех сигналов, обрабатываемых в устройстве и существенный с точки зрения селекции их, определяется структурой выборок из ФАР [2]. В связи с этим выборки из АШП для каждого элемента дистанции являются коррелированными, поскольку действующий вертикальный размер апертуры ФАР (N·Δd·sin ε) обычно не превышает элемента разрешения РЛС по дальности. С учетом вышеизложенного следует иметь в виду возможность аналогичной селекции в заявленном устройстве и интенсивных помех иного рода. Например, пассивные помехи, принимаемые рассматриваемой ФАР, оказываются коррелированными и имеют частотную окраску, определяемую их угломестной координатой. Поэтому режекция их в заявленном устройстве позволит обнаруживать ВО в этом элементе дистанции под иным углом ε.Thus, it is possible to detect and measure the frequency (satellites) of signals in a radar with a phased array in conditions when a useful signal is received in the main lobe of the radiation pattern simultaneously with the ACP. Consideration of the principle of operation of the claimed device shows that it performs rejection of intense interference based on the use of spectral differences of the useful signal and the ACP. Indeed, the interference signals are converted into the region of frequencies being cut in the filter, and the BO signals having a different elevation coordinate, and hence the frequency, are outside the notch zone, stored at the output of the
Реализация заявленного устройства возможна на основе известных технических решений с применением существующей элементной базы. Такие элементы его, как АЦП, устройства задержки и умножения, ППЗ являются основными, базовыми в цифровой технике и применяются непосредственно в виде функционально оформленных и определенных стандартами единиц [11, 12]. Анализатор спектра, пороговое устройство и измеритель параметров сигнала являются устройствами, теория и методы реализации которых подробно исследованы. Анализаторы спектра выполняются с использованием умножителей, сумматоров и запоминающих устройств, содержащих значения коэффициентов спектральных базисных функций. Измеритель параметров сигнала 13 необходим для определения амплитуды и частоты сигнала, которая соответствует ε - координате ВО или источника помехи. Как показано, например, в [4] измерение угловой координаты сводится к определению положения максимума сигнала на выходе анализатора спектра. Структура таких измерителей известна и подробно исследована [4, стр.268].The implementation of the claimed device is possible on the basis of well-known technical solutions using the existing element base. Its elements such as ADCs, delay and multiplication devices, and PCRs are basic and basic in digital technology and are used directly in the form of units functionally designed and defined by standards [11, 12]. The spectrum analyzer, the threshold device and the signal parameter meter are devices whose theory and implementation methods have been studied in detail. Spectrum analyzers are performed using multipliers, adders and storage devices containing the coefficients of the spectral basis functions. The meter parameters of the
В качестве режекторного фильтра возможно использование режекторных фильтров, аналогичных используемым в системах СДЦ (10, стр.482-487, 497-501). При этом ясно, что время задержки сигналов (рекуррентный период) определяется периодичностью следования одновременных выборок, взятых в элементах ФАР (Tкв1, фиг.5).As a notch filter, it is possible to use notch filters similar to those used in SDC systems (10, p. 482-487, 497-501). It is clear that the signal delay time (recurrence period) is determined by the periodicity of the simultaneous sampling taken in the PAR elements (T sq1 , Fig. 5).
Как указывалось ранее, более эффективно использование режекции на основе интерполяционных процессов с применением спектральных преобразований сигналов. В связи с некоторой спецификой поясним работу режекторного интерполяционного фильтра. Схема его изображена на фиг.3.As indicated earlier, it is more efficient to use notch based on interpolation processes using spectral signal transformations. In connection with some specifics, we explain the operation of the notch interpolation filter. A diagram of it is shown in Fig.3.
Фильтр является двухквадратурным и в каждой квадратуре содержит 2-4 умножителя 17, сигнальные входы которых соединены и образуют квадратурные входы фильтра 18. Выходы умножителей 17 подключены к интеграторам 23, после которых включены последовательно электронные ключи 8, запоминающие устройства 9 и вторые умножители 17. Вторые входы умножителей 17 соединены между собой и с выходами ПЗУ 16. Выходы вторых умножителей 17 объединяются суммирующим устройством 10, выход которого соединен с вычитающим устройством 22. Второй вход 22 через устройство задержки 14 соединен с входами первых умножителей 17. Выход вычитающего устройства является выходом режекторного фильтра 18 в каждой квадратуре. Синхроимпульсы 19 и 20 соединены соответственно с ПЗУ 16, устройствами задержки 14, электронными ключами 8 и интеграторами 23.The filter is two-quadrature and in each quadrature contains 2-4
Режекторный фильтр работает следующим образом: видеосигналы, содержащие АШП на нулевой частоте и полезный сигнал некоторой частоты поступают на умножители 17. На вторые входы умножителей 17 с постоянного запоминающего устройства 16 подаются опорные колебания, форма которых определяется степенными ортогональными полиномамиThe notch filter works as follows: video signals containing an ACW at zero frequency and a useful signal of a certain frequency are fed to the
(Лежандра, Чебышева и др.) [8]. После умножения сигналы интегрируются в 23 и результат интегрирования с помощью электронного ключа 8 в момент времени, соответствующий переднему фронту импульса 20, переносится в запоминающее устройство 9. Интегрирование в 23 и запоминание в 9 производится на интервале квантования Ткв.. Предварительно интегратор 23 обнуляется в момент заднего фронта синхроимпульса 20. В фильтре использованы низкочастотные (не выше 4-го порядка) полиномы. Спектральные коэффициенты в 9 запоминаются на Ткв. и умножаются на те же опорные колебания во втором умножителе 17 и после сумматора 10 снова воссоздается "входной" сигнал. Если учесть, что опорные колебания низкочастотные и используется их не более четырех, то только сигналы с несущей частотой около нуля участвуют практически в образовании сигнала после сумматора 10. Это является следствием основного свойства спектральных преобразований [10]. Действительно, для точного воспроизведения сигналов по спектральной картине необходимо разложение их в бесконечный спектр. В нашем случае это потребовало бы применения бесконечного набора опорных функций - от нулевой до бесконечной степени. Если спектр ограничивается по частоте, то это приводит к невозможности представления быстро изменяющихся сигналов и сохранению лишь низкочастотных компонентов сигнала. В нашем случае таким сигналом является преобразованный сигнал АШП. Сигнал, принимаемый от ВО с иным углом ε, имеет другую несущую частоту [2], отличную от нулевой. Поэтому после сумматора 10 воссоздается практически только сигнал AШП. Далее он подается на вычитающее устройство 22, на второй вход которого через устройство задержки 14 подается входной сигнал, содержащий как АШП, так и сигнал ВО. После вычитания в 22 сигнал АШП компенсируется и на выход фильтра поступает лишь сигнал ВО. Требуемая задержка сигнала в 14 определена запаздыванием сигнала после 10, которая, как видно из вышеизложенного, определена временем интегрирования, т.е. величиной Ти (длительностью интервала квантования). Опорные функции известны и записаны предварительно в ПЗУ 16. Синхроимпульсы 19 и 20 обеспечивают считывание их с необходимой скоростью и периодичностью.(Legendre, Chebyshev, etc.) [8]. After multiplication, the signals are integrated into 23 and the integration result using the
Реализация режекторного фильтра 18 возможна с использованием основных известных и существующих устройств из номенклатуры цифровой элементной базы [11, 12]. Действительно, для создания режекторного фильтра следует использовать сумматоры, запоминающие устройства, компараторы, сдвиговые регистры и постоянные запоминающие устройства. Все они определены едиными стандартами и приводятся в справочниках по микросхемам общего применения [11 стр.489 - сумматоры, стр.490 - регистры сдвига, стр.494 - ЗУ, стр.492 - мультиплексоры и др. 12] с подробным указанием режимов, питающих и управляющих напряжений и параметров потребителей-нагрузок. Реализация заявленного устройства на их основе не требует изобретательской мысли.The implementation of the
Таким образом, следует считать, что поставленная настоящим изобретением цель в заявленном устройстве достигается. В результате этого в РЛС с ФАР оказывается возможным устранять АШП, принимаемые главным лепестком азимутальной диаграммы направленности ФАР. При этом становятся обнаруживаемыми сигналы ВО, угломестная координата которых отличается от таковой у источника АШП.Thus, it should be considered that the goal of the present invention in the claimed device is achieved. As a result of this, in the radar with the PAR it is possible to eliminate the ACP received by the main lobe of the azimuthal radiation pattern of the PAR. In this case, HE signals become detectable, the elevation coordinate of which differs from that of the ACP source.
Можно считать, что в заявленном устройстве реализуется возможность разрешения по угломестной координате сигналов, интенсивность которых различается на несколько порядков. Различение таких сигналов обычными средствами в спектральной и временной областях практически невозможно.We can assume that the claimed device implements the possibility of resolving the signals at elevated coordinates, the intensity of which varies by several orders of magnitude. Distinguishing such signals by conventional means in the spectral and time domains is practically impossible.
Следует отметить, что в заявленном устройстве режекция (компенсация помех) основана на апертурном анализе сигналов. Поэтому наряду с АШП в устройстве возможна режекция сигналов иных помех, например пассивных, в тех случаях, когда последние не рассредоточены по утломестной координате. Кроме этого возможно подавление импульсных помех, источники которых локализованы под определенными углами места.It should be noted that in the claimed device, rejection (interference compensation) is based on an aperture analysis of signals. Therefore, along with the ACP in the device, it is possible to reject signals of other interference, for example, passive, in those cases when the latter are not dispersed along the co-ordinate coordinate. In addition, suppression of impulse noise, the sources of which are localized at certain elevation angles, is possible.
При оценке эффективности заявленного устройства следует рассмотреть ситуацию, определяемую сигналами (3). Эпюры на фиг.8 соответствуют случаю с двумя сигналами, из которых один принадлежит АШП, а другой - ВО.When assessing the effectiveness of the claimed device should consider the situation determined by the signals (3). The diagrams in Fig. 8 correspond to the case with two signals, one of which belongs to the ACP and the other to VO.
Если весовая обработка сигналов при спектральном анализе отсутствует, то ΔВ1 ≈ -14 дБ, а ΔВ2 ≈ -6 дБ приблизительно соответствует октавному снижению уровня боковых лепестков. Таким образом для АШП с уровнем в +60 дБ относительно шумов приемника необходимо ≈8 дискретов ΔВ2, чтобы уровень АШП снизился до величины порогового сигнала, составляющего ≈-3 дБ для сигнала на входе анализатора спектра. Следует отметить, что в этом случае в ФАР должно реализовываться достаточно много (≥16) элементов разрешения по угловой координате. Кроме этого следует учесть, что симметрия спектра и большая вероятность нахождения постановщика помех не только в нижней области утла места ухудшает ситуацию с наблюдением сигнала ВО, т.к. взаимное перекрытие спектров АШП и сигнала ВО увеличивается. Таким образом, можно утверждать, что при уровне АШП в +60 дБ, отсутствии весовой обработки сигналов и числе элементов ФАР порядка 16 наблюдение сигналов ВО оказывается невозможным. При использовании заявленного устройства имеется возможность глубокой режекции интенсивных сигналов. Моделирование процесса режекции показало, что достижимо подавление летающего сигнала на 60 дБ. При этом сигналы ВО с отношением сигнал/шум -3 дБ наблюдаются при использовании спектрального анализа.If there is no weighted signal processing during spectral analysis, then ΔВ 1 ≈ -14 dB, and ΔВ 2 ≈ -6 dB approximately corresponds to an octave decrease in the level of side lobes. Thus, for an ACW with a level of +60 dB relative to the receiver noise, ≈8 discrete ΔВ 2 is required so that the ACW level decreases to a threshold signal of ≈-3 dB for the signal at the input of the spectrum analyzer. It should be noted that in this case, a lot of (≥16) resolution elements along the angular coordinate should be implemented in the PAR. In addition, it should be noted that the symmetry of the spectrum and the greater likelihood of the jammer being located not only in the lower region of the fragile area worsen the situation with the observation of the HE signal, since the mutual overlap of the ACP spectra and the VO signal increases. Thus, it can be argued that at an ACW level of +60 dB, the absence of weighted signal processing and the number of PAR elements of
Можно показать, что, в соответствии с соотношениями (4, 5), подавление АШП определяется некоторой частотной характеристикой. На фиг.8 изображена такая частотная характеристика. Видим, что по мере увеличения разности частот сигналов степень подавления уменьшается, а вне подавления сигналов не происходит. Это связано со свойствами режекторного фильтра 18, спектральное представление сигналов в котором производится лишь по низкочастотным опорным функциям (полиномам невысоких степеней). Сигналы ВО, отличающиеся по угловой координате от источника АШП, имеют иную более высокую частоту и не оставляют "следов" в спектре. Поэтому компенсации их не происходит и они наблюдаются на выходе режекторного фильтра и второго анализатора спектра.It can be shown that, in accordance with relations (4, 5), the suppression of ACP is determined by some frequency response. Figure 8 shows such a frequency response. We see that as the difference in signal frequencies increases, the degree of suppression decreases, but outside signal suppression does not occur. This is due to the properties of the
Применение весовой обработки при спектральном анализе улучшает, как известно, ситуацию с защитой от АШП, т.к. в этом случае снижается относительный уровень первого бокового лепестка и в ряде случаев увеличивается скорость спадания боковых лепестков. Однако данные [7 стр.434] показывают, что, например, сложные весовые функции Дольф-Чебышева, Хэмнинга и Teйлора позволяют лишь снизить уровень боковых лепестков до постоянной величины порядка -(40-44) дБ. В этих условиях очевидно, что даже для помехи ≈50 дБ этого недостаточно и обнаружение сигналов невозможно. Применение в этих условиях заявленного устройства компенсирует АШП и позволит и в этих условиях обнаружить рассматриваемые в заявке сигналы ВО.The use of weighting in spectral analysis improves, as you know, the situation with protection against ACP, because in this case, the relative level of the first side lobe decreases and in some cases, the rate of subsidence of the side lobes increases. However, the data [7 p. 434] show that, for example, the complex weight functions of Dolph-Chebyshev, Hamning and Taylor can only reduce the level of side lobes to a constant value of the order of (40-44) dB. Under these conditions, it is obvious that even for an interference of ≈50 dB this is not enough and signal detection is impossible. The use of the inventive device in these conditions compensates for the ACP and, even under these conditions, allows detecting the VO signals considered in the application.
Таким образом, учитывая, что в настоящее время технически достижима компенсация сигналов, уровень которых на 60 дБ выше уровня шумов приемника, можно утверждать, что оказывается возможна обработка сигналов ВО в части обнаружения и измерения частоты, принимаемых в РЛС с ФАР с этого же азимутального направления, с которого действует источник активных шумовых помех.Thus, taking into account that at present it is technically achievable to compensate signals whose level is 60 dB higher than the receiver noise level, it can be argued that it is possible to process VO signals in terms of detecting and measuring the frequency received in radars with headlamps from the same azimuthal direction from which the source of active noise interference is acting.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Справочник по радиолокации, под ред. М.Скольника, т.4. М.: Сов. Радио, 1979.1. Guide to radar, ed. M.Skolnika, t. 4. M .: Sov. Radio, 1979.
2. А.с. №107478 от 8.07.77 по заявке №2.213.918/09 от 10.01.77 (прототип).2. A.S. No. 107478 from 8.07.77 on the application No. 2.213.918 / 09 dated 10.01.77 (prototype).
3. Теоретические основы радиолокации, под ред. В.Е.Дулевича, изд.2. М.: Сов. Радио, 1978.3. Theoretical Foundations of Radar, ed. V.E.Dulevich, Vol. 2. M .: Sov. Radio, 1978.
4. Справочник по радиолокации, под ред. М.Скольника, т.3. М.: Сов. Радио, 1979.4. Handbook of Radar, ed. M.Skolnik, vol. 3. M .: Sov. Radio, 1979.
5. Гончаров В.Л. Теория интерполирования и приближения функций, Гос. издат. технико-теоретической литературы, М., 1954.5. Goncharov V.L. Theory of interpolation and approximation of functions, Gos. published technical and theoretical literature, M., 1954.
6. Харкевич А.А. Спектры и анализ, Гос. издат. технико-теоретической литературы, М., 1953.6. Kharkevich A.A. Spectra and analysis, State. published technical-theoretical literature, M., 1953.
7. Интегральные микросхемы. Справочник под ред. Тарабрина Б.В. М.: Радио и связь, 1984.7. Integrated circuits. Handbook Ed. Tarabrina B.V. M .: Radio and communications, 1984.
8. Кутыркин Ю.М. и др. Зарубежные интегральные микросхемы широкого применения. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984.8. Kutyrkin Yu.M. and other foreign integrated circuits of wide application. Directory. M .: Energoatomizdat, 1984.
9. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория применения цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978.9. Rabiner L., Gould B. The theory of digital signal processing. M .: Mir, 1978.
10. Современная радиолокация, пер. с англ., под ред. Кобзарева Ю.Б. М.: Сов. радио, 1969.10. Modern radar, per. from English, ed. Kobzareva Yu.B. M .: Sov. radio, 1969.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4541959/09A RU2230337C2 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Signal processing device built into radar with phase arrays |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4541959/09A RU2230337C2 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Signal processing device built into radar with phase arrays |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2230337C2 true RU2230337C2 (en) | 2004-06-10 |
Family
ID=32906926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4541959/09A RU2230337C2 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Signal processing device built into radar with phase arrays |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2230337C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523913C2 (en) * | 2012-05-03 | 2014-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Multichannel radio monitoring device |
RU2597221C1 (en) * | 2015-11-24 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method of measuring range of target in short-range radiolocation |
RU2796546C1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-05-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Noise nullification filter |
-
1991
- 1991-05-20 RU SU4541959/09A patent/RU2230337C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523913C2 (en) * | 2012-05-03 | 2014-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Multichannel radio monitoring device |
RU2597221C1 (en) * | 2015-11-24 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method of measuring range of target in short-range radiolocation |
RU2796546C1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-05-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Noise nullification filter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5361072A (en) | Gated FMCW DF radar and signal processing for range/doppler/angle determination | |
US5477230A (en) | AOA application of digital channelized IFM receiver | |
US5339080A (en) | Earth-penetrating synthetic image radar | |
US5646623A (en) | Coherent, frequency multiplexed radar | |
CA2010959C (en) | Ranging systems | |
US4488154A (en) | Radar processor | |
RU2518443C2 (en) | Composite optimum filtering method for detection of weak signals | |
RU2285940C2 (en) | Method for measuring radio-metric contrasts of targets and radiometer for its realization | |
US5311192A (en) | Polarization ECCM technique for radar systems | |
US3877011A (en) | Dual channel adaptable moving target processor | |
GB2032725A (en) | Moving target indication radar | |
Benjamin | Modulation, resolution and signal processing in radar, sonar and related systems: international series of monographs in electronics and instrumentation | |
US5357256A (en) | Radar receiver with adaptive clutter threshold reference | |
US20160131754A1 (en) | Device for detecting electromagnetic signals | |
US4041489A (en) | Sea clutter reduction technique | |
RU2230337C2 (en) | Signal processing device built into radar with phase arrays | |
Zhang et al. | Design considerations for a real-time random-noise tracking radar | |
EP0028182B1 (en) | Frequency modulated airborne radar and its use in a homing missile | |
EP0834083B1 (en) | Detection of spread spectrum signals | |
RU2099739C1 (en) | Radar | |
US4222049A (en) | Circuit arrangement for eliminating fixed echoes in a pulse | |
RU2255354C2 (en) | Device for selecting signals from moving targets | |
GB2074807A (en) | M.T.I. radar processor | |
Lee | A Multi-channel digital receiver for intrapulse analysis and direction-finding | |
US4617570A (en) | Interference cancelling receiver having high angular resolution intercept of transmitted radiators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060521 |