RU2515768C1

RU2515768C1 - Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов (варианты)

Info

Publication number: RU2515768C1
Application number: RU2013102517/08A
Authority: RU
Inventors: Евгений Ильич Кренгель; Павел Викторович Иванов; Владимир Яковлевич Архипкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Современные беспроводные технологии"
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-05-20

Abstract

Предлагаемые устройства относятся к радиолокационным и гидролокационным системам с импульсным сжатием многофазных кодов и могут использоваться в радиолокации при использовании фазо-кодированных импульсов. Достигаемый технический результат- увеличение подавления боковых лепестков при сжатии кода. По одному из вариантов Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N содержит цифровой фильтр By для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,0, 1,-1, , линию задержки на длительность одного кодового элемента т, сумматор и двухвходовый вычитатель. По другому варианту Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N содержит соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р4 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, первый сумматор, линию задержки на длительность одного кодового элемента т и второй двухвходовый сумматор. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Предлагаемое устройство относится к радиолокационным и гидролокационным системам с импульсным сжатием многофазных кодов, в которых с целью улучшения качества сжатия сигналов производится подавление боковых лепестков, возникающих в процессе сжатия.

В настоящее время в радиолокации и гидролокации широко распространены фазо-кодированные импульсы на основе идеальных многофазных кодов Р3 и Р4. Эти коды формируются посредством соответствующей дискретной аппроксимации линейно-частотно модулированного (ЛЧМ) сигнала и поэтому обладают основными его достоинствами: относительно небольшими боковыми лепестками апериодической автокорреляционной функции (ААКФ) и большей по сравнению с двоичными последовательностями, включая коды Баркера толерантностью к Доплеру. В то же время максимальный уровень боковых лепестков ААКФ кодов Р3/Р4 приблизительно равен

\sqrt{N / 4.34}

, т.е. многократно превышает единичный уровень боковых лепестков кодов Баркера.

Подробно проблема подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов исследуется в (N.Levanon, Е.Mozeson. Radarsignals. John Wiley & Sons, lnc, 2004). В данном источнике рассматривается возможность уменьшения боковых лепестков многофазных кодов Р3 и Р4 за счет сжатия сигнала в несогласованном фильтре с использованием амплитудного окопного взвешивания. Для этого применяются различные оконные функции, в частности, функции Хэмминга, Кайзера-Бесселя, Блэкмана и др. Расчеты показывают, что максимальный уровень боковых лепестков относительно главного лепестка (PSL) для кодов Р3 и Р4 при использовании оконных функций Хэмминга и Блэкмана составляет величину не менее -20 lgN dB при энергетических потерях (уменьшении отношения сигнал/шум на выходе) порядка 1,5 dB и ширине главного лепестка на уровне PSL 3τ и 4.5τ соответственно, где τ - длительность одного кодового элемента.

Данная проблема и ее решения рассматриваются, в частности, и в российских патентных документах (RU 2198465 С2, Н04В 7/26, 20.09.2002, RU 2236086 С2, Н04В 1/707, 20.01.2004, RU 2109401 C1, Н04В 1/62 20.04.1998 и др.).

Известно устройство подавления боковых лепестков при сжатии кодов Р3 и Р4, уменьшающее PSL до -20 lgN+6 dB. Устройство состоит из согласованного фильтра, выход которого соединен с первым входом вычитателя/сумматора и через линию задержки на длительность τ с его вторым входом (B.L.Lewis, F.F.Kretschmer. Pulse compression sidelobe suppressor. US 4,507,659 A, G01S 13/28, 26.03.1985; Lewis B.L. Range-Time-Sidelobe Reduction Technique for FM-Derived Polyphase PC Codes.-IELE Trans, on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-29, no. 3, pp.834-840, July 1993). Ширина главного лепестка выходного сигнала такого устройства равна 2τ, а энергетические потери в нем порядка 3 dB.

Однако данное устройство не позволяет значительно уменьшить боковые лепестки.

Известно также устройство подавления боковых лепестков при сжатии кодов Р3 и Р4 с помощью (W.K.Lee and H.D.Griffiths Pulse compression filter generating optimal uniform range sidelobe level. Electron. Lett., 1999,35(1 1), pp.873-875) цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра), переходная импульсная характеристика которого равна разности (сумме) комплексно-сопряженных символов кода Р3 (Р4) и циклически сдвинутой на одну позицию (разряд) влево его копии. При этом PSL уменьшается до значения -201gN+2 dB, а ширина главного лепестка равна 2τ. Потери сигнал/шум на выходе этого устройства составляют -3 dB. В литературе это устройство известно еще как фильтр By.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство (W.К.Lee, H.D. Griffiths and R. Benjamin. Integrated sidelobe energy reduction technique using optimal polyphase code. Electronics Letters, 1999, vol.35. No. 24, pp.2090-2091 и Woo-Kyuing Lee and Hugh D. Griffiths. A New pulse compression technique generating optimal uniform range sidelobe and reducing sidelobe level. IEEE International radar conference, 2000, pp.441-446.), содержащее фильтр By и формирователь корректирующего сигнала, выходы которых соединены с соответствующими входами двухвходового сумматора. Формирователь корректирующего сигнала состоит из последовательно соединенных преобразователя кода Р3/Р4 в комплексно сопряженный ему код Р3*/Р4* и цифрового КИХ-фильтра порядка N+1. Устройство работает следующим образом. Входная последовательность отсчетов кода Р3/Р4, представленного суммой реальной и мнимой составляющих I и Q, поступает на вход цифрового фильтра By, а также на вход формирователя комплексно-значного корректирующего сигнала. Далее сигнал с выхода формирователя корректирующего сигнала суммируется с выходным сигналом фильтра By в цифровом двухканальном I и Q сумматоре. В результате максимальный уровень боковых лепестков на выходе такого устройства уменьшается и достигает единичного уровня (уровня кода Баркера) относительно уровня главного лепестка, равного N (PSL=-20 lgN dB). Кроме того, интегральный уровень бокового лепестка относительно главного лепестка ISLR, равный отношению полной энергии боковых лепестков к полной энергии главного лепестка сжатого сигнала, будет существенно меньше по сравнению с фильтром By. При этом ширина главного лепестка сигнала на выходе данного устройства увеличивается до 3τ, а энергетические потери составляют -3 dB.

Однако для ряда приложений уровень подавления боковых лепестков, реализуемых в этих устройствах, является не достаточным.

Технический результат данного изобретения заключается в дальнейшем ограничении уровня боковых лепестков при сжатии кода Р3 четной длины и кода Р4 четной и нечетной длины до значения PSL - 30 lgN+l.33 dB для всех значений временных сдвигов (отсчетов), исключая двух ±N, в которых относительный уровень боковых лепестков равен -20 lgN -6 dB. В этом случае величина 1SLR оказывается намного меньше по сравнению с фильтром By и устройством прототипа. При этом ширина главного лепестка на уровне PSL равна 3τ, а потери сигнал/шум на выходе этого устройства составляют - 1.7 dB.

Указанный результат для кода Р3 длины N (N - четно) достигается устройством подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N, содержащим соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0,1,-1, выход которого соединен с первым входом сумматора, причем введены линия задержки на длительность одного кодового элемента τ и двухвходовый вычитатель, при этом выход фильтра By подключен к входу линии задержки и к первому входу вычитателя, второй вход которого подключен к выходу линии задержки, а выход соединен со вторым входом сумматора. Уменьшаемым и вычитаемым здесь соответственно являются сигналы с выходов линии задержки и фильтра By.

Блок-схема этого устройства представлена на Фиг.1.

Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N содержит цифровой фильтр By 1 для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала 4, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код 2 и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) 3 порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0,1,-1, сумматор 7, линию задержки 5 на длительность τ и двухвходовый вычитатель 6.

Устройство работает следующим образом.

Входная последовательность отсчетов циклически сдвинутого на один разряд влево кода Р3 четной длины, представленного суммой реальной и мнимой составляющих 1 и Q, поступает на вход цифрового фильтра By 1 для кода Р3 и на вход формирователя комплексно-значного корректирующего сигнала 4. Сигнал с выхода фильтра By 1 поступает на первый вход вычитателя 6 и вход линии задержки 5, выход которой соединен со вторым входом вычитателя 6. В сумматоре 7 производится сложение корректирующего сигнала с выхода фильтра 3 и выходного сигнала вычитателя 6. В результате на выхода устройства реализуется сигнал, который в диапазоне [-N+1,N-1] совпадает с автокорреляционной функцией сигнала, являющегося разностью кода Р3 и его циклически сдвинутой на одну позицию влево копии, а на крайних сдвигах ±N его абсолютное значение равно 1 (соответствующий относительный уровень -201gN -6 dB). Тогда согласно (Е.Krengel. Autocorrelation Properties of Some Pulse Compression Codes Derived from P3 and P4 Codes. - Sequences and Their Applications (SETA 2012) - 7th International Conference, Waterloo, ON, Canada, June 4-8, 2012. Proceedings 2012 7280/2012, pp.224-232) относительный уровень боковых лепестков сжатого выходного сигнала в диапазоне [-N+1, N-1] меньше или равен -30 lgN+1.33 dB.

Аналогичный результат реализуется для кода Р4 длины N в устройстве, представленном на Фиг.2.

В этом случае устройство содержит фильтр By 8 для кода Р4, формирователь корректирующего сигнала 9, состоящего из последовательно соединенных устройств преобразования 10 кода Р4 в комплексно сопряженный ему код Р4* и цифрового КИХ-фильтра 11 порядка N+1 с N+2 коэффициентами 1,1, 0,0,…0, -1,-1, двухвходовый сумматор 14, при этом введены линия задержки 12 на длительность τ и двухвходовый сумматор 13.

Устройство работает следующим образом.

Входная последовательность отсчетов циклически сдвинутого на 1 разряд влево кода Р4, представленного суммой реальной и мнимой составляющих I и Q, поступает на вход цифрового фильтра By 8 для кода Р4 и на вход формирователя комплексно-значного корректирующего сигнала 9. Сигнал с выхода фильтра By 8 поступает на первый вход сумматора 13 и вход линии задержки 12, выход которой соединен со вторым входом сумматора 13. В сумматоре 14 производится сложение корректирующего сигнала с выхода фильтра 11 и выходного сигнала сумматора 13. В результате на выходе устройства реализуется сигнал, который в диапазоне [-N+1,N-1] совпадает с автокорреляционной функцией сигнала, являющегося суммой кода Р4 и его циклически сдвинутой на одну позицию влево копии, а на двух крайних сдвигах ±N его абсолютное значение равно 1 (относительный уровень -20 lgN -6 dB). Поэтому с учетом (Е.Krengel. Autocorrelation Properties of Some Pulse Compression Codes Derived from P3 and P4 Codes. - Sequences and Their Applications (SETA 2012) - 7th International Conference, Waterloo, ON, Canada, June 4-8, 2012. Proceedings 2012 7280/2012, pp.224-232) в этом случае относительный уровень боковых лепестков сжатого выходного сигнала в диапазоне [-N+EN-1] также меньше или равен -30 lgN+1.33 dB.

На Фиг.3 изображен нормированный сигнал на выходе устройства подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов Р3/Р4 длины N=1000.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано на соответствующей элементной базе по типовым технологиям.

Claims

1. Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N, содержащее соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р3 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами -1,1, 0,0,…0, 1, -1, выход которого соединен с первым входом сумматора, отличающееся тем, что введены линия задержки на длительность одного кодового элемента и двухвходовый вычитатель, при этом выход фильтра By подключен к входу линии задержки и к первому входу вычитателя, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а второй вход вычитателя подключен к выходу линии задержки.

2. Устройство подавления боковых лепестков при импульсном сжатии многофазных кодов длины N, содержащее соединенные по входу цифровой фильтр By для кода Р4 и формирователь цифрового корректирующего сигнала, состоящий из последовательно соединенных преобразователя кода в комплексно сопряженный код и цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтра) порядка N+1 с N+2 коэффициентами 1,1, 0,0,…0, -1, -1, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, отличающееся тем, что введены линия задержки на длительность одного кодового элемента и второй двухвходовый сумматор, при этом выход фильтра By подключен к входу линии задержки и к первому входу второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а второй вход второго сумматора подключен к выходу линии задержки.