RU2293347C2 - Способ когерентного накопления радиоимпульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в когерентных накопитетелях импульсных сигналов, образованных некогерентной импульсной последовательностью. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости от шумовых и импульсных помех. Для этого радиоимпульсы ограничивают по спектру, оптимально фильтруют, детектируют, сравнивают с первым порогом обнаружения, формируют временной строб, предназначенный для временной селекции задержанных импульсов по времени, радиоимпульсы задерживают на 0.6 длительности радиоимпульса с формированием первой квадратурной составляющей и на 0.6 длительности радиоимпульса плюс Т_п/4 с формированием второй квадратурной составляющей и на время i·ΔT, где ΔT=1/M·f₀, f₀ - несущая частота, i=1, 2...M (М≥10), с формированием М каналов задержанных сигналов, эти М задержанных сигналов селектируют по времени с помощью сформированного строба, квантуют и оцифровывают, квадратурные составляющие после селекции по времени квантуют, с получением выборок, возводят в квадрат, суммируют, полученный сигнал сравнивают со вторым порогом, затем подсчитывают число выборок, превысивших второй порог, а также единичные пропуски и два подряд и формируют импульс селекции по длительности, запоминают оцифрованные амплитуды выборок, оцифрованные амплитуды выборок также накапливают за длительность импульса и сравнивают их, в процессе сравнения выбирают ту оцифрованную выборку, которая имеет максимальный уровень в момент поступления импульса селекции по длительности, и определяют номер соответствующего канала, номер канала используют для выбора из соответствующего регистра памяти для когерентного накопления этого сигнала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в когерентных накопителях импульсных сигналов, время появления которых по отношению друг другу не определено. Подобные накопители могут найти применение при формировании базы данных при решении задач распознавания объектов наблюдения.

Известен способ накопления, заключающийся в оптимальной фильтрации радиоимпульсов последовательности, формировании двух квадратурных составляющих путем перемножения отфильтрованного сигнала на два квадратурных колебания, накоплении огибающих последовательностей и возведении в квадрат сигналов в этих каналах, объединении полученных результатов на общем сумматоре с последующим сравнением суммарного сигнала с порогом обнаружения (см. Ю.С.Левин. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов, М.: Сов. радио, 1969, с.226-228, рис.6,31а).

Подобный способ является оптимальным для когерентной последовательности с неизвестной начальной фазой. Однако он будет неоптимальным для некогерентной импульсной последовательности (с априорно неизвестными и случайными начальными фазами отдельных импульсов).

Кроме того, при подобной обработке разрушается структура входного сигнала, что не позволяет его использовать в качестве эталонного сигнала при формировании базы данных в целях распознавания объектов наблюдения.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является способ когерентного накопления последовательности импульсов с неизвестной начальной фазой, заключающийся в ограничении по спектру входного сигнала, формировании квадратурных составляющих путем перемножения ограниченного по спектру сигнала на два квадратурных колебания, когерентном накоплении радиоимпульсов в каналах и возведении их в квадрат, объединении полученных результатов на общем сумматоре и сравнении с порогом обнаружения суммарного сигнала (см. Ю.С.Левин. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов, М.: Сов. радио, 1969, с.226-228 рис.5,316).

Недостатками известного способа-прототипа являются потери, вызванные отсутствием когерентности в обрабатываемом сигнале, и разрушение его структуры в процессе обработки.

Техническим результатом является снижение потерь на обработку, связанных с априорным незнанием взаимного набега фаз отдельных импульсов последовательности, и сохранение структуры принимаемого сигнала для возможности использования его в дальнейшем в целях распознавания объекта наблюдения.

Достигается это тем, что в известном способе, в котором радиоимпульсы ограничивают по спектру, формируют квадратурные составляющие ограниченного по спектру сигнала, возводят их в квадрат и объединяют на общем сумматоре, суммарный сигнал сравнивают с порогом обнаружения, импульсные радиосигналы когерентно накапливают, дополнительно после ограничения по спектру радиоимпульсы оптимально фильтруют, затем детектируют, огибающую продетектированного сигнала сравнивают со вторым порогом обнаружения, формируют временной строб, начало которого соответствует моменту пересечения передним фронтом огибающей второго порога обнаружения, а его длительность больше длительности τ_u радиоимпульса на 0,7 τ_u, до формирования квадратурных составляющих ограниченный по спектру входной сигнал задерживают по времени на 0,6 τ_u, квадратурные составляющие до возведения в квадрат селектируют по времени упомянутым способом и квантуют по времени с частотой 2f₀ (f₀ - частота несущей), подсчитывают число выборок n_сч суммарного сигнала, превысивших порог обнаружения, а также единичные пропуски и два подряд, по величине n_сч селектируют принимаемые импульсы по длительности, отнеся к импульсам пачки те, у которых

N-2<n_сч≤N+2,

где N - число выборок, приходящихся на длительность импульса, дополнительно задерживают ограниченный по спектру входной сигнал на величину

с образованием М задержанных каналов, задержанные сигналы в каналах селектируют по времени вышеупомянутым способом, квантуют по времени с той же частотой дискретизации и оцифровывают их, запоминают в регистрах памяти амплитуды всех оцифрованных выборок в каналах, которые затем накапливают за длительность импульса, сравнивают амплитуды накапливаемых сигналов и используют для когерентного накопления выборки того канала, который соответствует максимальной амплитуде накопленного сигнала в момент окончания радиоимпульса.

При этом пороги обнаружения выбраны адаптивно изменяющимися к уровню входных шумов, первый порог получают возведением в квадрат уровня второго порога, а формирование квадратурных составляющих осуществляют путем задержки одного колебания относительно другого на Тп/4.

Сущность изобретения заключается в когерентном накоплении радиоимпульсов, которое сочетается с оптимальной фильтрацией импульсов (для повышения помехоустойчивости и возможности управления процессом когерентного накопления). При этом когерентность при приеме некогерентных импульсов достигается в независимом повороте вектора колебаний каждого импульса на угол, при котором они становятся взаимно когерентными и достигается максимальная амплитуда накапливаемых выборочных значений этих колебаний.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Для когерентного накопления используется сигнал, отраженный от объекта наблюдения и принятый широкополосным приемником этого сигнала.

Принимаемый сигнал представляет собой некогерентную последовательность радиоимпульсов. Каждый импульс последовательности должен не менее чем на 10 дБ (3,16) превышать уровень внутренних и внешних шумов. Некогерентность принимаемой последовательности подразумевает, что приемная система постоянно работает в режиме ожидания движущегося объекта, время повторного появления которого настолько велико по отношению к интервалу когерентности, что говорить о когерентности текущей пачки импульсов (или отдельного импульса) по отношению к предыдущей (предыдущему импульсу) не имеет практического смысла.

Вначале импульсы некогерентной пачки ограничиваются по спектру. Полоса фильтрации выбирается равной Δf_ф=1/f₀ (f₀ - несущая). В этом случае исключаются независимые флюктуации собственных шумов приемника за период несущей частоты и снижается их уровень без изменения структуры самого сигнала. После ограничения по спектру импульсные сигналы оптимально фильтруют (полоса радиофильтров выбрана равной ширине спектра импульса по уровню 0,7). В результате оптимальной фильтрации достигается максимально возможное отношение сигнал/шум для каждого импульса последовательности. После оптимальной фильтрации сигналы детектируют для выделения огибающей, которую сравнивают с порогом обнаружения. Пороговый уровень выбран адаптивно изменяющимся к уровню входных шумов. Затем формируют временной строб, начало которого совпадает с моментом пересечения переднего фронта огибающей с пороговым уровнем. Ширина строба выбирается таким образом, чтобы он перекрывал с некоторым запасом длительность принимаемого импульса. С помощью сформированного строба производится временная селекция участка дальности, в котором присутствует отраженный от объекта радиосигнал. Сигналы стробируют в двух каналах: в измерительном и когерентного накопления. Сигналы, подлежащие стробированию, в измерительном канале после ограничения по спектру задерживают. Величина задержки фиксирована и выбрана равной 0,6 τ_u при отношении сигнал/шум входного не менее 10 дБ.

Для снижения потерь на обработку в измерительном канале задержанный на 0,6 τ_u сигнал разделяют на две квадратурные составляющие. Второй квадратурный канал образуется введением дополнительной задержки по отношению к первому на Тп/4. После временной селекции сигналы в каналах квантуют по времени с периодом

. Амплитуды полученных выборок возводят в квадрат и объединяют на общем сумматоре. Суммарный сигнал (сумма квадратов амплитуды) сравнивают с другим порогом обнаружения, который получают путем возведения в квадрат уровня порога, описанного выше. Затем подсчитывают число n_сч выборок, превысивших этот порог, а также суммируют единичные пропуски и пропуски вида "два подряд". Полученное n_сч сравнивают с расчетным числом выборок N, приходящихся на радиоимпульс.

Если выполняется условие

N-2<n_сч≤N+2,

то принимают решение о необходимости проведения когерентного накопления приходящего импульса с накопленными ранее.

Благодаря селекции принимаемых сигналов по длительности можно проводить обнаружение импульсов с более низким относительным порогом обнаружения (L), поскольку практически все шумовые сигналы, превысившие порог обнаружения не будут участвовать в когерентном накоплении и не будут приниматься во внимание при оценке вероятности ложной тревоги предлагаемого технического решения. Поскольку совпадение маловероятно, влиянием совпадающих по длительности шумовых сигналов можно пренебречь. Исключаться из рассмотрения будут также импульсы, которые перекрываются по времени с шумовыми сигналами, не внося искажений в структуру накапливаемого сигнала, который в идеале должен приближаться к полезному сигналу на входе приемника.

При селекции по длительности будут исключаться из рассмотрения все сигналы, появившиеся в период длительного ожидания очередной серии импульсов от наблюдаемого объекта.

Для проведения когерентного накопления ограниченные по спектру сигналы дополнительно к имеющейся τ_З=0,6 τ_u задерживают на величину

образуя соответствующие каналы задержанных сигналов. Задержанные сигналы стробируют, квантуют по времени и накапливают по времени за длительность импульса. Одновременно на регистрах памяти заполняют амплитуды этих выборок. Сравнивают амплитуды накопленных сигналов между собой и используют для дальнейшего когерентного накопления заполненные выборки того канала, который соответствует каналу с максимальной амплитудой накопленного за длительность импульса сигнала. Решение на съем выборочной информации по результатам сравнения накопленных сигналов принимается в момент окончания радиоимпульса. При подобной обработке для дальнейшего когерентного накопления используются те выборки, которые совпадают с максимальной амплитудой сигналов, что эквивалентно использованию косинусоидальных сигналов с нулевой начальной фазой. Исключение могут составить первое и последнее колебания радиоимпульса, которые будут представлять собой кусочки синусоиды меньше одного периода несущей частоты. При длительном накоплении этих кусочков будет иметь место спадающий участок от максимальной амплитуды к некоторому фиксированному значению.

Накопленный когерентный сигнал с приходом каждого нового импульса по форме все более приближается к полезному сигналу от наблюдаемого объекта на входе приемника, поскольку относительный уровень шумов убывает и влиянием его на структуру сигнала можно пренебречь. Полученный при накоплении сигнал в дальнейшем можно использовать в качестве эталонного при формировании базы данных в интересах решения проблемы распознавания наблюдаемых объектов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные полосовой фильтр, первый пороговый блок, формирователь строба и первый блок стробирования, последовательно соединенные первый блок временного квантования, блок объединения сигналов и второй пороговый блок, последовательно соединенные второй блок стробирования, второй блок временного квантования, блок аналого-цифровых преобразователей и блок коммутации, последовательно соединенные матрица регистров памяти и блок когерентных накопителей, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные блок подсчета числа выборок, блок управления селекцией импульсов, блок отбора максимума и блок выбора номера канала, выходы которого соединены с соответствующими входами "Считывание" матрицы регистров памяти, а также содержит блок управления коммутацией, информационный вход которого соединен с выходом блока подсчета числа выборок, а выходы с соответствующими управляющими входами блока коммутации, сдвиговый регистр, вход "Сдвиг" которого соединен с синхронизирующим входом блока подсчета числа выборок, со входами сигналов квантования первого и второго блоков временного квантования и является синхронизирующим входом устройства, вход "Запуск" - является тактовым входом устройства, а выходы соединены с соответствующими управляющими входами блока когерентных накопителей, между выходом полосового фильтра и сигнальными входами второго блока стробирования включена многоотводная линия задержки, между выходом оптимального фильтра и управляющими входами первого и второго пороговых блоков включен блок управления порогом, между выходами блока аналого-цифровых преобразователей и объединенными между собой информационными входами блока отбора максимума и блока выбора номера канала включен блок рекуррентных сумматоров, при этом сигнальный вход блока подсчета числа выборок соединен с выходом второго порогового блока, второй выход - с входом "Сброс" блока рекуррентных сумматоров, а вход "Установка в нуль" соединен с соответствующими входами матрицы регистров памяти, блока рекуррентных сумматоров и блока когерентных накопителей и является установочным входом устройства, вход полосового фильтра является сигнальным входом устройства, входы синусной и косинусной составляющих сигнала первого блока стробирования соединены с первым выводом и выводом, смещенным на Тп/4, многоотводной линии задержки соответственно, группы выходов блока коммутации соединены с соответствующими информационными входами матрицы регистров памяти, а выход формирователя строба соединен с управляющими входами первого и второго блоков стробирования.

При этом блок управления порогом выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных интегрирующей RC-цепочки и усилителя с фиксированным коэффициентом усиления.

При этом первый пороговый блок содержит диод, нормально запертый, один вывод которого является входом, а второй подсоединен к управляющему входу, на который подается запирающее напряжение, и последовательно соединенные усилитель и дифференцирующую RC-цепочку, выход которой является выходом блока.

При этом второй пороговый блок отличается от первого тем, что между источником запирающего напряжения и регистром включен квадратор.

При этом блок объединения сигналов содержит два квадратора, входы которых являются входами блока, и сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответствующих квадратов, а выход является выходом блока. В качестве квадраторов могут быть использованы диоды с квадратичной характеристикой.

При этом блок подсчета числа выборок содержит счетчик, между сигнальным входом блока и счетным входом счетчика включены последовательно соединенные первый и второй сумматоры, между выходом второго сумматора, синхронизирующим входом блока и входом "Сброс" счетчика включена схема несовпадения, а между первым и вторым входами сумматоров включена линия задержки на Тп, при этом выходы счетчика и схемы несовпадения являются первым и вторым выходами блока соответственно.

При этом блок управления селекцией импульсов содержит две схемы сравнения и схему совпадения, выход которой является выходом блока, при этом входы А первой и второй схем сравнения объединены и являются сигнальным входом устройства, входы В являются входами кодов констант N и N+4 соответственно, а выходы А≥В первой и А≤В второй схем сравнения соединены с первым и вторым входами схемы совпадения соответственно.

При этом блок управления коммутацией содержит N+4 схем сравнения, входы А которых объединены и являются информационным входом блока, входы В являются входами соответствующих кодов констант от 1 до N+4, а выходы - выходами блока.

При этом первый блок стробирования содержит две одинаковые схемы, каждая из которых имеет между входом и выходом цепочку из последовательно соединенных диода и ключа и цепочку из последовательно соединенных диода, инвертора и ключа, при этом диод второй цепочки по отношению к первой включен встречно, управляющие входы всех ключей блока объединены между собой и образуют управляющий вход блока, а входы и выходы первой и второй схем являются соответствующими входами и выходами блока.

При этом второй блок стробирования отличается от первого тем, что цепочки из перечисленных элементов каждой схемы разомкнуты по выходу и образуют соответствующие пары выходов блока.

При этом первый блок временного квантования содержит два ключа, входы и выходы которых являются соответствующими входами и выходами блока, а управляющие входы объединены и образуют вход сигнала временного квантования блока.

При этом второй блок временного квантования содержит две пары ключей, входы которых образуют соответствующие пары входов блока, управляющие входы объединены и являются входом сигнала временного квантования блока, а между выходами ключей каждой пары и соответствующими выходами блока включены элементы вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого которых соединены с выходами первого и второго ключей соответственно.

При этом блок коммутации содержит М комплектов по (N+4) К ключей (К - разрядность кода), при этом управляющие входы одноименных ключей в комплектах объединены и образуют группу управляющих входов блока, сигнальные входы и выходы ключей в комплекте образуют соответствующие группы входов и выходов блока, а входы одноименных по разрядам ключей в комплектах объединены.

При этом матрица регистров памяти содержит М комплектов регистров, каждый из которых состоит из (N+4)К регистров, при этом информационные входы регистров образуют информационную группу входов матрицы, входы "Считывание" регистров в комплектах объединены и образуют группу входов "Считывание" матрицы, входы "Установка нуля" всех регистров объединены и являются соответствующим входом матрицы, а выходы одноименных регистров в комплектах (по каждому разряду отдельно) объединены и образуют группу выходов матрицы.

При этом блок аналого-цифровых преобразователей выполнен М-канальным, а каждый аналого-цифровой преобразователь может быть выполнен на одной из серийно изготовляемых интегральных микросхемах, например, К1107ПВ4, которая описана в книге "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы". Под ред. Якубовского, М.: Радио и связь, 1990, с.443-444.

При этом блок отбора максимума содержит 2N пар блоков ключей и N схем сравнения первого яруса, в два раза меньше блоков ключей и сравнения второго яруса и т.д., и два блока ключей и одну схему сравнения последнего, при этом входы А и В первой схемы сравнения объединены соответственно с информационными входами первого и второго блоков ключей, образующих первую пару входов, выход А>В первой схемы сравнения соединены с управляющим входом первого блока ключей, а выходы А≥В - с управляющим входом второго блока ключей в первой паре, выходы блоков ключей в первой паре объединены и образуют с объединенным выходом второй пары блоков ключей первую пару входов второго яруса, уменьшая тем самым с каждым ярусом количество блоков и связей в два раза, выходом блока отбора является объединенный выход блоков ключей последнего (r-го) яруса.

При этом блок выбора номера канала содержит М схем сравнения, входы А которых являются соответствующими информационными входами блока, входы В объединены и являются входом максимального сигнала блока, а выходы А=В образуют группу выходов блока.

При этом блок рекуррентных сумматоров содержит М комплектов этих схем, каждая из которых содержит сумматор, первый информационный вход и выход которого являются входом и выходом сумматора, между выходом и вторым информационным входом сумматора включена линия задержки (по каждому разряду отдельно) с τ_З=Тп, при этом первые информационные входы и выходы сумматоров в комплекте образуют соответствующие входы и выходы комплекта, а входы и выходы комплектов образуют соответствующие входы и выходы блока. Входы "Сброс" сумматоров объединены между собой и соединены со входом "Сброс" блока через линию задержки, а входы "Установка нуля" сумматоров объединены между собой и образуют вход "Установка нуля" блока.

Блок когерентных накопителей содержит N+4 последовательные цепочки из накапливающих сумматоров и комплектов из К ключей, при этом информационные входы накапливающих сумматоров образуют информационную группу входов блока, входы "Установка нуля" объединены, входы "Сброс" также объединены и образуют соответствующие входы блока, выходы комплектов ключей объединены и являются выходом блока, а управляющие входы образуют группу соответствующих входов блока.

Пример устройства, реализующего заявляемый способ, изображен на фиг.1, а блока отбора максимума - на фиг.2.

На чертежах введены следующие обозначения:

для общей схемы фиг.1

1 - полосовой фильтр;

2 - многоотводная линия задержки;

3 - оптимальный фильтр;

4 и 16 - первый и второй пороговые блоки;

5 - блок управления порогом;

6 - формирователь строба;

8 и 7 - первый и второй блоки стробирования;

10 и 9 - первый и второй блоки временного квантования;

11 - блоки аналого-цифровых преобразователей;

12 - блок объединения сигналов;

13 - блок управления коммутацией;

14 - блок коммутации;

15 - сдвиговый регистр;

17 - блок управления селекцией импульсов;

18 - матрица регистров памяти;

19 - блок рекуррентных сумматоров;

20 - блок когерентных накопителей;

21 - блок подсчета числа выборок;

22 - блок отбора максимума;

23 - блок выбора номера канала;

Uсинхр, Uтакт, Uнач.уст. "0" и Uсбр - синхронизирующие, тактовые импульсы, начальной установки и сброса;

для блока отбора максимума фиг.2

24-1-1...24-1-М, 26-1-1...26-1-М - ключи первого яруса;

25-1-1...25-1-М - схема сравнения первого яруса;

- ключи второго яруса;

- схемы сравнения второго яруса;

24-r-1, 26-r-1 - ключи последнего (r-го) яруса;

25-r-1 - схема сравнения последнего (r-го) яруса.

Устройство, реализующее заявляемый способ, работает следующим образом. Импульсы, отраженные от движущегося объекта (некогерентная последовательность импульсов), принимаются широкополосным радиоприемником и поступают на полосовой фильтр 1. Полоса фильтра выбрана равной

, где f₀ - частота несущей (под несущей понимается рабочая частота сигнала на входе устройства). Фильтр 1 ограничивает спектр входного сигнала относительно несущей, что позволяет устранить независимые флюктуации шумов в пределах периода несущей, повысить отношение сигнал/шум без изменения структуры полезного сигнала. Далее сигнал поступает на три канала обработки: канал оптимальной фильтрации, измерительный канал и канал когерентного накопления.

Канал оптимальной фильтрации содержит оптимальный фильтр 3, первый пороговый блок 4, блок управления порогом 5 и формирователь строба 6. Полоса оптимальной фильтрации равна ширина спектра импульсного сигнала по уровню 0,7.

В результате оптимальной фильтрации достигается максимально возможное отношение сигнал/шум. Для выделения огибающей в согласованном фильтре предусмотрено линейное детектирование. На видеовыходе фильтра 3 выходной сигнал имеет вид треугольных импульсов (с нарастающей и спадающей экспонентой). В пороговом блоке 4 происходит сравнение огибающих выходных откликов с порогом обнаружения Uпор.

Величина Uпор=mσ_ш, где σ_ш - среднеквадратическое значение шума на видеовыходе фильтра 3, m - постоянный коэффициент. Измерение σ_ш и установка Uпор производится в блоке установки порога 5.

Измерительная схема в блоке 5 содержит интегрирующую RC-цепочку и усилитель с фиксированным коэффициентом усиления. Постоянная времени RC-цепочки выбирается на порядок выше длительности импульса полезного сигнала. Это гарантирует отсутствие влияния сигналов на результат измерения среднеквадратичного значения шумов. Поскольку полоса оптимального фильтра Δf_ф мала по сравнению с шириной спектра входных шумов, можно считать, что шумовой процесс, подлежащий измерению, нормализуется узкополосным фильтром, а продетектированный шумовой подчиняется релеевскому распределению плотности вероятности. Для релеевского процесса существует строгая зависимость между постоянным напряжением Uo, полученным на выходе RC-цепочки и средне-квадратическим значением σ_ш. Как известно

σ_ш=1,25Uo

Постоянный коэффициент m можно подсчитать по формуле

где L - условный постоянный коэффициент при оценке уровня порога в измерительном канале (L=2).

В пороговом блоке 4 фиксируется момент пересечения порога передним фронтом огибающей отклика. Для этого из сигнала превышения формируется прямоугольный импульс, из которого затем формируется короткий импульс в момент появления фронта прямоугольного импульса. Достичь этого можно, например, с помощью последовательно включенных усилителя с большим коэффициентом усиления и дифференцирующей RC-цепочки.

Формирователь строба 6 формирует строб фиксированной длительности. Запускается импульсом с входа блока 4. Формирователь строба может быть выполнен на одной из типовых схем одновибраторов (например, кипп-реле, фантастроне и т.д.).

Ширина строба выбрана с некоторым запасом по отношению к длительности τ_u. Его длительность больше τ_u на 0,2 τ_u.

Измерительный канал включает в себя многоотводную линию задержки (ее часть) 2, первый блок стробирования 8, первый блок временного квантования 10 и блок объединения сигналов 12.

Линия задержки 2 обеспечивает фиксированную начальную задержку ограниченного по спектру сигнала τ_З=0,7 τ_u (задержка до первого отвода) и дополнительную задержку на Тп/4 несущей частоты, в результате чего на сигнальных входах первого блока стробирования обеспечиваются два квадратурных колебания. Дальнейшая обработка квадратурных сигналов исключает потери на временное квантование. В первом блоке стробирования с помощью двух диодов, включенных встречно, образуются каналы положительных и отрицательных полуволн (по каждой квадратурной составляющей в отдельности), из которых отрицательные полуволны инвертируются с последующим объединением положительных полуволн на общем сумматоре после временного стробирования на соответствующих ключах. В результате на выходных блоках образуются модули двух квадратурных составляющих, отселектированные по времени вышеуказанным способом.

В блоке 10 с помощью управляемых ключей производится формирование коротких выборок из модулей обеих квадратурных составляющих колебаний. Частота выбрана равной частоте квантования

Fкв=2f₀

В блоке 12 суммируются квадраты полученных выборок. В качестве элементов для получения квадратов можно использовать диоды с квадратичной характеристикой. На выходе блока 12 полученный сигнал соответствует квадрату модуля вектора колебаний.

В блоке 16 выборки квадрата модуля вектора колебаний сравниваются с квадратом первого порогового (Uпор2=U²пop1). В качестве элемента сравнения используется диод, нормально запертый. Величина запирающего напряжения равна Uпор2. На выход диода проходят выборки, у которых амплитуда превышает Uпор2. В качестве элемента возведения в квадрат для получения Uпор2 используется диод с квадратичной характеристикой.

На счетчике блока 21 подсчитывается число выборок, превысивших порог Uпор2, а также одиночные пропуски и два подряд. Для того чтобы учесть одиночные пропуски и два подряд при счете (обусловленные влиянием шумов) между сигнальным входом блока и счетным входом счетчика включена последовательная цепочка из двух сумматоров, между первым и вторым входом каждого из которых включена линия задержки с τ_З=Тп. В этом случае одиночные парные пропуски заполняются выборочными импульсами, задержанными на линиях задержки. Если число пропусков больше двух, то с помощью схемы несовпадения, включенной между выходом описываемой цепочки, синхронизирующим входом блока и входом "Сброс" счетчика вырабатывается сигнал несовпадения, по которому осуществляется сброс содержимого счетчика. В качестве схемы несовпадения можно использовать элементы вычитания после предварительной нормировки вычитаемых сигналов на однотипных ограничителях. Несовпадение импульсов индицируется появлением разностных сигналов.

Результат счета n_сч используется для управления селекцией импульсов по длительности и управления коммутатором в канале когерентного накопления.

Работа блока управления селекцией импульсов 17 основана на сравнении результата счета n_сч с двумя константами N и N+4 (в константах учтено удлинение пачки выборок на две единицы). Сравнение осуществляется на двух схемах сравнения, на входы А которых поступает результат n_сч, а на входы В - константы N и N+4 соответственно. Если выполняется условие А≥В первой схемы и А≤В второй, то на выходе схемы совпадения появляется импульс, свидетельствующий о прохождении импульса нужной длительности.

Работа блока управления коммутацией 13 основана на сравнении результата счета n_сч с константами от 1 до N+4. Сравнение выполняется комплектом из N+4 схем сравнения. Поскольку n_сч изменяется от 1 до N+4, то на выходах А=В соответствующих схем появляется импульс, который пробегая по всем выходам блока позволяет проводить коммутацию сигналов когерентного накопления. Канал когерентного накопления содержит многоотводную линию задержки (другую ее часть) 2, второй блок стробирования 7, второй ее квантователь 9, блок аналого-цифровых преобразователей 11, блок коммутации 14, матрицу регистров памяти 18, блок рекуррентных сумматоров 19, блок отбора максимума 21, блок выбора номера канала 22, сдвиговый регистр15 и блок когерентных накопителей 20.

Канал когерентного накопления использует дискретные выводы многоотводной линии задержки, в которых τ_З=i·Δτ,

(M≥10),

. Задержанные сигналы поступают на блок 7, где они с помощью пары диодов, включенных встречно, разделяются по двум каналам: канал положительных полуволн и канал отрицательных полуволн, из которых отрицательные затем инвертируются, что позволяет осуществить стробирование в блоке на однотипных управляемых ключах. Стробирование осуществляется упомянутым выше стробом с блока 6.

Блок 9 осуществляет с помощью 2М управляемых ключей (сгруппированных попарно) временное квантование задержанных сигналов в параллельных каналах. В результате временного квантования на выходах пар ключей образуются положительные выборки задержанных сигналов в момент подачи квантующих (синхронизирующих) импульсов. В этом же блоке с помощью N1 элементов вычитания производится вычитание в группах одной выборки из другой с образованием знакопеременной выборки.

После блока 11 амплитуды выборок превращаются в цифровой код (параллельный двоичный код), который по параллельным шинам через блок коммутации 14 поступает на матрицу регистраторов памяти 18 и блок рекуррентных сумматоров 19. В блоке 14 с помощью управляемых с блока 13 ключей коды амплитуд выборок распределяются по регистрам в соответствии с их порядковым номером (равным номеру параллельного канала), в которых они хранятся до появления импульсов считывания. Импульсы считывания формируются совокупностью блоков 19, 22, 23.

Блок 19 с помощью М комплектов рекуррентных сумматоров накапливает амплитуды выборок в каналах (суммирование осуществляется без учета знака). Каждый такой сумматор код амплитуды текущей выборки суммирует с результатом суммирования кодов амплитуд, полученным ранее, и до текущей выборки хранящийся на линии задержки, установленной по каждому разряду амплитуды. Время задержки τ_З=Тп. Для суммирования коды амплитуды через указанные линии задержки с выхода сумматора поступают на другой его вход. Сброс содержимого сумматора осуществляется по сигналу "Сброс" с блока 21. Затем в блоке 22 коды накапливаемых суммарных сигналов в каналах сравниваются между собой и в процессе сравнения выбирается тот сигнал, который имеет бой и в процессе сравнения выбирается тот сигнал, который имеет максимальный уровень в момент поступления импульса с блока управления селекцией импульсов 17.

Для определения номера канала используется блок 23. В нем код максимальной амплитуды на N1 схемах сравнения сравнивается с кодами накопленных сигналов по всем каналам, среди которых должен быть код этой же самой амплитуды. На входе А=В соответствующей схемы сравнения появится импульс, который и будет сигналом "Считывание" для соответствующих регистров памяти матрицы 18. По сигналу "Считывание" информация в виде выборок с данного канала переносится в блок 20 для когерентного накопления сигналов.

Блок когерентных накопителей 20 содержит N+4 сумматоров, каждый из которых суммирует коды амплитуд одноименных выборок других полезных сигналов. Благодаря предложенной обработке в канал когерентного накопления всегда поступают выборки с максимальной амплитудой, что эквивалентно использованию косинусоидальных колебаний с нулевой начальной фазой. Сброс содержимого сумматоров осуществляется оператором вручную или выключением питания.

Для периодического считывания накопленного сигнала используется сдвиговой регистр 15. Он запускается тактовым импульсом, а сдвигается синхронизирующим. На его выходах поочередно появляются импульсы через период следования синхронизирующей (сдвиговой) частоты.

Для считывания накопленного сигнала в блоке 20 используется коммутация кодов амплитуд в сумматорах. Коммутация осуществляется с помощью наборов ключей, управляемых по сигналам сдвигового регистра. На общей выходной шине получается временная развертка накопленного сигнала.

Для исключения возможности появления какого-либо сигнала на выходе устройства в момент включения питания используется внешний сигнал начальной установки в нуль цифровых схем (счетчиков, накопителей, регистров), входящих в блоки 18, 19, 20 и 21.

Блок отбора максимума (фиг.2) работает следующим образом. Входные сигналы на блок поступают параллельным двоичным кодом. Блок выполнен на типовых схемах сравнения (например, К1107ПВ4) и набора ключей. Вначале все входы блока разбиваются на пары, среди которых с помощью схем сравнения отыскиваются максимальные значения, которые соответствующими управляющими ключами пропускаются дальше. Выходы ключей также разбиваются на пары, которых становится вдвое меньше. Процедура повторяется до тех пор, тока не останется одна пара выходов, среди которых выбирается абсолютный максимум. Если в каком-то из ярусов образуется выход, который при дальнейшей группировке остается без пары, его можно сгруппировать с выходом последней пары.

Работа остальных блоков будет понятна из описания общей схемы.

Claims (2)

1. Способ когерентного накопления радиоимпульсов, при котором радиоимпульсы ограничивают по спектру, оптимально фильтруют, детектируют, сравнивают с первым порогом обнаружения, формируют временной строб, начало которого соответствует моменту пересечения передним фронтом огибающей первого порога, а его длительность составляет 1,7 от длительности радиоимпульса, и предназначенный для осуществления временной селекции задержанных импульсов по времени, радиоимпульсы, ограниченные по спектру, задерживают на 0,6 длительности радиоимпульса с формированием первой квадратурной составляющей и на 0,6 длительности радиоимпульса плюс Т_п/4 (Т_п - период радиоимпульса) с формированием второй квадратурной составляющей и на время i·ΔT, где

ΔT=1/M·f₀, f₀ - несущая частота, i=1, 2...M (М≥10), с формированием М каналов задержанных сигналов, эти М задержанных сигналов селектируют по времени с помощью сформированного строба, квантуют и оцифровывают, квадратурные составляющие после селекции по времени квантуют с получением выборок, возводят в квадрат, суммируют, полученный сигнал сравнивают со вторым порогом, затем подсчитывают n_сч - число выборок, превысивших второй порог, а также единичные пропуски и два подряд и формируют импульс селекции по длительности, запоминают в каждом регистре памяти оцифрованные амплитуды выборок, распределенных в соответствии с номером канала задержанных сигналов, оцифрованные амплитуды выборок также накапливают за длительность импульса и сравнивают их, в процессе сравнения выбирают ту оцифрованную выборку, которая имеет максимальный уровень в момент поступления импульса селекции по длительности, и определяют номер соответствующего канала, номер канала используют для выбора оцифрованного сигнала из соответствующего регистра памяти для когерентного накопления этого сигнала.

2. Способ когерентного накопления радиоимпульсов по п.1, отличающийся тем, что пороги выбраны адаптивно изменяющимися к уровню входных шумов, второй порог получают возведением в квадрат первого порога.

Images