Патент на изобретение №2159940

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ПРИ ОДНОКАНАЛЬНОЙ АМПЛИТУДНОЙ ПЕЛЕНГАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации. Технический результат – стабилизация вероятности ложных тревог при обнаружении и повышении точности пеленгования. Способ включает операции: формируют диаграмму направленности (ДН), перемещающуюся в секторе поиска, пространственно манипулируют перемещающуюся ДН на ее ширину по уровню 3 дБ со скоростью, существенно большей скорости перемещения, принимают сигнал, селектируют его по частоте, детектируют по амплитуде и демодулируют по частоте манипуляции, обнаруживают сигнал по постоянной составляющей демодулированного сигнала при коэффициенте передачи тракта, обратно пропорциональном уровню сигнала, полученному при детектировании, перемещая манипулированную ДН в секторе поиска, производят измерение экстремальных значений уровней демодулированного сигнала и соответствующих им направлений, по измеренным направлениям формируют сектор пеленгования, по измеренным уровням – коэфициент передачи тракта, производят перемещение манипулированной ДН в обе стороны сектора пеленгования и по зафиксированным при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центров тяжести и по их среднему значению – пеленг. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации.

Известен способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации, при котором формируют диаграмму направленности (ДН), перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, линейно детектируют по амплитуде, обнаруживают и, перемещая ДН в секторе поиска, по максимальному значению амплитуды определяют пеленг [А.Г. Николаев, С.В. Перцов, Радиотеплолокация, М.: Сов. радио, 1964].

Недостатками этого способа являются низкая точность пеленгации, обусловленная близкой к нулю пеленгационной чувствительностью в окрестности точки максимума ДН, а также сложность стабилизации вероятности ложных тревог из-за необходимости введения переменного порогового уровня при обнаружении, из-за большой неравномерности приемного тракта при работе в широком диапазоне частот.

Известен также способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации [Теоретические основы радиолокации под ред. Я.Д. Ширмана, М.: Сов. радио, 1970], принятый за прототип, при котором формируют ДН, перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, линейно детектируют по амплитуде, обнаруживают и, перемещая ДН в секторе поиска, вычисляют абсциссу центра тяжести полученной реализации сигнала и пересчитывают ее в пеленг.

Недостатками прототипа являются сложность стабилизации вероятности ложных тревог (как и у аналога) и невысокая точность пеленгования из-за сильного влияния аномальных флуктуаций и динамических характеристик тракта, вызванных задержкой сигнала в элементах радиоприемных устройств.

Целью настоящего изобретения является стабилизация вероятности ложных тревог при обнаружении и повышение точности пеленгования.

Для достижения поставленной цели предлагается способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации, при котором формируют диаграмму направленности (ДН), перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, детектируют по амплитуде, обнаруживают и, перемещая ДН в секторе поиска, вычисляют абсциссу центра тяжести полученной реализации сигнала.

Согласно изобретению, после формирования ДН, производят пространственную манипуляцию перемещающейся ДН на ее ширину по уровню – 3 дБ со скоростью, существенно большей скорости перемещения, принятый сигнал квадратично детектируют по амплитуде и демодулируют по частоте манипуляции, обнаруживают сигнал по постоянной составляющей демодулированного сигнала при коэффициенте передачи тракта, обратно пропорциональном уровню сигнала, полученному при квадратичном детектировании, перемещая манипулированную ДН в секторе поиска, проводят измерения экстремальных значений уровней демодулированного сигнала и соответствующих им направлений, по измеренным направлениям формируют сектор пеленгования, по измеренным уровням – коэффициент передачи тракта, производят перемещение манипулированной ДН в обе стороны сектора пеленгования и по зафиксированным при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центров тяжести и по их среднему значению – пеленг.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого изобретения из литературы не известны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

При реализации предлагаемого способа выполняется следующая последовательность операций:
– формируют ДН, перемещающуюся в секторе поиска;
– пространственно манипулируют перемещающуюся ДН на ее ширину по уровню – 3 дБ со скоростью, существенно большей скорости перемещения;
– принимают сигнал, селектируют его по частоте, квадратично детектируют по амплитуде и демодулируют по частоте манипуляции;
– обнаруживают сигнал по постоянной составляющей демодулированного сигнала при коэффициенте передачи тракта, обратно пропорциональном уровню сигнала, полученному при квадратичном детектировании;
– перемещая манипулированную ДН в секторе поиска, производят измерение экстремальных значений уровней демодулированного сигала и соответствующих им направлений;
– по измеренным направлениям формируют сектор пеленгования, по измеренным уровням – коэффициент передачи тракта;
– производят перемещение манипулированной ДН в обе стороны сектора пеленгования и по зафиксированным при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центров тяжести и по их среднему значению – пеленг.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные антенную систему 1 на базе фазированной антенной решетки, радиоприемное устройство с регулируемым коэффициентом передачи 2, амплитудный детектор 3, демодулятор 4, вычислитель 5, выход которого является выходом П устройства, и устройство управления диаграммой направленности (УУДН) 6, вход которого является входом устройства, а также фильтр нижних частот (ФНЧ) 7, коммутатор 8, устройство управления и синхронизации (УУС) 9 и генератор 10. Выход амплитудного детектора 3 через ФНЧ 7 связан со входом коммутатора 8, выходы УУДН 6 связаны с управляющим входом антенной системы 1 и вторым входом вычислителя 5, другие выходы которого связаны со вторым входом коммутатора 8 и входами УУС 9,один из которых является входом КОНЕЦ П устройства. Выходы генератора 10 связаны соответственно со вторым входом УУДН 6, со вторым входом демодулятора 4 и вторым входом УУС 9, выходы которого связаны с третьим и четвертым входами УУДН 6, управляющим входом коммутатора 8, четвертым входом и входом пел. вычислителя 5.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии устройство находится в режиме ожидания до прихода от внешней системы сигнала ПУСК. По получению этого сигнала УУС 9 выдает в УУДН 6 сигнал на запись сектора поиска = [_нач…_кон].
По сигналу СИНХР от УУС 9 УУДН 6 формирует положения луча ДН в точке ₁ = _нач–_0,5 и ₂ = _нач, где _нач – начальная точка пространственного поиска, _кон – конечная точка пространственного поиска, _0,5 – ширина луча ДН по уровню – 3 дБ. По сигналу f_ск от генератора 10 УУДН 6 осуществляет пространственную манипуляцию луча ДН из положения ₁ в положение ₂ в течение времени 0,1 t_Н, определяемому периодом импульсов синхронизации УУС 9, численно равному 0,1 от времени накопления сигнала демодулятором 4. Обнаруживаемый сигнал принимается антенной системой 1, селектируется по частоте радиоприемным устройством с регулируемым коэффициентом передачи 2, детектируется по амплитуде амплитудным детектором 3, демодулируется по частоте сканирования от генератора 10 f_ск демодулятором 4 и поступает на вычислитель 5. В режиме обнаружения сигнала напряжение автоматической регулировки усиления U_ару с выхода фильтра нижних частот 7 через коммутатор 8 поступает на управляющий вход радиоприемного устройства с регулируемым коэффициентом передачи 2, обеспечивая на выходе последнего постоянство уровня шума при обнаружении. По истечении времени 0,1 t_Н УУС 9 выдает сигнал записи амплитуды сигнала A_i и пространственного положение i луча ДН (i = 1) в вычислитель 5, где после накопления сигнала за время t_Н производится обнаружение сигнала путем сравнения измеренной амплитуды А_i с порогом U_пор. В случае превышения A_i порога U_пор, выносится решение об обнаружении, в противном случае – об отсутствии сигнала. По приходу следующих импульсов СИНХР от УУС 9 УУДН 6 формирует положения луча ДН
₁ = _нач–_0,5+N0,1_0,5,
₂ = +_0,5,
где N – номер импульса СИНХР от УУС 9. Описанные выше действия повторяются до полного прохода пространственного сектора поиска, т.е. до точки ₁ = _кон, ₂ = _кон+_0,5. Перемещение манипулированной пары ДН через 0,1 _0,5 обеспечивает “плавный” пространственный поиск, с проходом ДН за время накопления. Циклическое, с шагом 0,1 t_Н, измерение параметров A_i и _i с последующим вынесением решения об обнаружении в вычислителе 5 позволяет исключить пропуски сигналов на равносигнальном направлении.

После принятия вычислителем 5 решения об обнаружении сигнала УУС 9 по сигналу ОБН формирует повторный сигнал записи (ЗАП) в УУДН 6 и все описанные выше действия повторяются для всего сектора поиска , при этом по сигналу записи (ЗАП) от УУС 9 в вычислителе 5 фиксируются значения A_i, _i. По окончании пространственного поиска в вычислителе 5 вычисляются экстремальные значения напряжений A_i1m и A_i2m и соответствующие им направления _m1 и _m2 , по максимальному значению A_i1m и A_i2m формируется напряжение U_ру при пеленгации, а по среднему значению ₀ = (_m1+_m2)/2 – сектор пеленгования , равный ₀-2_0,5…₀+2_0,5.
По окончании вычислений U_ру и вычислитель 5 выдает в УУС 9 сигнал на начало цикла пеленгования ПЕЛ. УУС 9 формирует сигнал управления коммутатора 8, по которому производится подключение U_ру с выхода вычислителя 5 на управляющий вход радиоприемного устройства с регулируемым коэффициентом передачи 2. По сигналу ЗАП УУС 9 производится запись сектора пеленгования (начальных и конечных значений) в УУДН 6, которое по сигналам синхронизации СИНХР от УУС 9 аналогично вышеописанному формирует манипулированную ДН, перемещающуюся в секторе пеленгования слева – направо и, наоборот, при этом время нахождения в каждой пространственной точке манипулированной ДН составляет 3t_Н (утроенное время накопления сигнала демодулятором 4). По снятым при этом значениям A_i и _i вычислителем 5 производится расчет П₁ и П₂ по формулам

где j = 1 – соответствует значениям параметров, измеренных при проходе сектора пеленгования слева – направо;
j = 2 – соответствует значениям параметров, измеренных при проходе сектора пеленгования, справа – налево.

По рассчитанным П₁ и П₂ производится расчет пеленга по формуле

По окончании пеленгования вычислитель 5 выдает в УУС 9 и во внешние системы сигнал окончания пеленгования КОНЕЦ П и устройство переходит в режим ожидания. По приходу от внешних систем следующего сигнала ПУСК работа устройства повторяется.

Введение операции обнаружения сигнала по постоянной составляющей демодулированного сигнала при коэффициенте передачи тракта, обратно пропорциональном уровню сигнала при квадратичном детектировании, позволило стабилизировать уровень ложных тревог, применение радиометрической обработки сигнала более чем в 1,6 раза повысить точность пеленгования за счет расширения энергетической ширины спектра манипулированной ДН по отношению к неманипулированной и повышения отношения сигнал/шум за счет эффективного подавления аномальных флуктуаций, введение операции перемещения манипулированной ДН в обе стороны сектора пеленгования и вычисления по снятым при этом реализациям пеленга как среднего значения абсцисс центров тяжести – практически полностью скомпенсировать динамическую ошибку пеленгования.

В Ростовском НИИ радиосвязи был изготовлен и испытан макет устройства, реализующего предлагаемый способ. Результаты испытаний полностью подтвердили расчетные характеристики устройства.

Формула изобретения

Способ обработки сигналов при одноканальной амплитудной пеленгации, при котором формируют диаграмму направленности, перемещающуюся в секторе поиска, принимают сигнал, селектируют его по частоте, детектируют по амплитуде и обнаруживают, отличающийся тем, что после формирования диаграммы направленности пространственно манипулируют перемещающуюся диаграмму направленности на ее ширину по уровню – 3 дБ со скоростью, существенно большей скорости перемещения, после детектирования по амплитуде демодулируют сигнал по частоте манипуляции, после обнаружения сигнала измеряют экстремальные значения уровней демодулированного сигнала и значения соответствующих им направлений, по измеренным направлениям формируют сектор пеленгования, по измеренным уровням – коэффициент передачи тракта, перемещают манипулированную диаграмму направленности в обе стороны в пределах сектора пеленгования и по зафиксированным при этом реализациям сигнала вычисляют абсциссы центров тяжести и по их среднему значению – пеленг.

РИСУНКИ