Устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при разработке систем мониторинга источников излучения в диапазоне декаметровых волн (ДКМВ) при отсутствии априорной информации о сигналах.

Задача полезной модели - повышение чувствительности устройства обнаружения сигналов и существенное уменьшение флуктуационных уровней сигналов.

Устройство обнаружения содержит антенный вход, входное устройство, включающее последовательно соединенные первый широкополосный фильтр, первый усилитель высокой частоты и второй широкополосный фильтр, детектор, первый фильтр нижних частот, представляющий собой интегратор и пороговое устройство, при этом вход входного устройства соединен с антенным входом, а выход - с входом детектора, вход первого фильтра нижних частот соединен с выходом детектора, а выход - с входом порогового устройства, между входным устройством и детектором дополнительно введены два преобразователя частоты, четыре усилителя высокой частоты, при этом один из них является управляемым, два полосовых фильтра промежуточной частоты, два узкополосных фильтра, усилитель АРУ, второй фильтр низкой частоты и гетеродин, при этом первый вход первого преобразователя частоты соединен с выходом входного устройства, второй вход - с выходом пятого управляемого усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого полосового фильтра промежуточной частоты, вход второго усилителя высокой частоты соединен с выходом первого полосового фильтра промежуточной частоты, а выход - с входом второго полосового фильтра промежуточной частоты, первый вход второго преобразователя частоты соединен с выходом второго полосового фильтра промежуточной частоты, второй вход - с выходом третьего усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого узкополосного фильтра, вход третьего усилителя высокой частоты соединен с выходом входного устройства, вход четвертого усилителя высокой частоты соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход - с входом второго узкополосного фильтра, выход которого соединен с входом детектора, вход усилителя АРУ соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, а выход - с входом второго фильтра низкой частоты, вход пятого управляемого усилителя высокой частоты соединен с выходом гетеродина, управляемый вход - с выходом второго фильтра низких частот, а выход - с вторым входом первого преобразователя частоты.

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при разработке систем мониторинга источников излучения в диапазоне декаметровых волн (ДКМВ) при отсутствии априорной информации о сигналах.

Одной из важных проблем современной радиоэлектроники является обеспечение мониторинга источников излучения декаметрового диапазона. Большая длительность трассы распространения (более 1000 км.) приводит к существенному ослаблению принятых сигналов [1, 2]. Мониторинг источников излучения диапазона ДКМВ существенно усложняется в условиях априори неизвестных параметров принимаемого сигнала и большой скрытности его, так как предполагается, что источник излучения для обеспечения требуемой энергетики радиолинии применяет шумоподобные сигналы с большой базой. В случае известной кодовой последовательности последующая корреляционная обработка может существенно поднять уровень сигнала над шумом [2, 4]. Однако, как уже отмечалось, исходная информация о кодовой последовательности отсутствует, что не позволяет применять корреляционную обработку сигнала.

Задача особенно усложняется, если потенциальный противник осуществляет в процессе работы источника своего излучения динамическое перепрограммирование кодовой последовательности, что характерно для условий радиопротиводействия (РПД) и радиоэлектронной борьбы (РЭБ).

Известно устройство обнаружения сигнала [3], содержащее оптимальный линейный фильтр, соединенные последовательно амплитудно-фазовый преобразователь и решающий блок на выходе устройства.

Недостатком известного устройства является необходимость получения априорной информации о параметрах принимаемого сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является энергетический обнаружитель [4], содержащий соединенные последовательно антенный вход, входное устройство, включающее полосовые фильтры и усилитель высокой частоты, детектор, интегратор, и пороговое устройство. В обнаружителе после вторичной обработки сигнала получаются радиоимпульсы, ширина спектральной плотности которых меньше ширины спектральной плотности элемента последовательности в число элементов всей последовательности N. Это достигается деманипуляцией фазы сигнала за счет применения квадратичного детектора. Соответственно увеличивается длительность радиоимпульса на выходе оконечного фильтра [4].

Недостатком устройства-прототипа являются большие флуктуационные уровни сигналов (феддиговый эффект), обусловленные интерференцией радиоволн, отраженных от разных непредсказуемых областей ионосферы.

Задача полезной модели - повышение чувствительности устройства обнаружения сигналов и существенное уменьшение флуктуационных уровней сигналов.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, содержащее антенный вход, входное устройство, включающее последовательно соединенные первый широкополосный фильтр, первый усилитель высокой частоты и второй широкополосный фильтр, детектор, первый фильтр нижних частот, представляющий собой интегратор и пороговое устройство, при этом вход входного устройства соединен с антенным входом, а выход - с входом детектора, вход первого фильтра нижних частот соединен с выходом детектора, а выход - с входом порогового устройства, согласно изобретению между входным устройством и детектором дополнительно введены два преобразователя частоты, четыре усилителя высокой частоты, при этом один из них является управляемым, два полосовых фильтра промежуточной частоты, два узкополосных фильтра, усилитель АРУ, второй фильтр низкой частоты и гетеродин, при этом первый вход первого преобразователя частоты соединен с выходом входного устройства, второй вход - с выходом пятого управляемого усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого полосового фильтра промежуточной частоты, вход второго усилителя высокой частоты соединен с выходом первого полосового фильтра промежуточной частоты, а выход - с входом второго полосового фильтра промежуточной частоты, первый вход второго преобразователя частоты соединен с выходом второго полосового фильтра промежуточной частоты, второй вход - с выходом третьего усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого узкополосного фильтра, вход третьего усилителя высокой частоты соединен с выходом входного устройства, вход четвертого усилителя высокой частоты соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход - с входом второго узкополосного фильтра, выход которого соединен с входом детектора, вход усилителя АРУ соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, а выход - с входом второго фильтра низкой частоты, вход пятого управляемого усилителя высокой частоты соединен с выходом гетеродина, управляемый вход - с выходом второго фильтра низких частот, а выход - с вторым входом первого преобразователя частоты.

Технический результат предложенного устройства - использование схемы подстановки частоты гетеродина и специальной схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), обеспечивающей регулирование уровня сигнала гетеродина и уровня сигнала на выходе системы, что обеспечивает существенное уменьшение флуктуации сигналов.

На фиг.1 представлена схема устройства обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, содержащая антенный вход 1, входное устройство 2, включающее первый 3 и второй 5 широкополосные фильтры и первый усилитель высокой частоты 4, первый 6 и второй 10 преобразователи частоты, второй 8, третий 21, четвертый 12 усилители высокой частоты, пятый управляемый усилитель высокой частоты 20, первый 7 и второй 9 полосовые фильтры промежуточной частоты, первый 11 и второй 13 узкополосные фильтры, детектор 14, первый 15 и второй 18 фильтры низкой частоты, пороговое устройство 16, усилитель АРУ 17, гетеродин 19.

Предлагаемое устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров работает следующим образом. Сигнал с антенного входа 1 поступает на входное устройство 2, содержащее первый 3 и второй 5 широкополосных фильтры, полоса пропускания которых рассчитана на весь диапазон декаметровых волн (3-30 МГц). Во входном устройстве 2 предусмотрена постановка малошумящего усилителя 4. Далее сигнал с выхода первого преобразователя частоты 10 снимается на усилителе высокой частоты 8 и полосовых фильтрах промежуточной частоты 7 и 9, которые настроены на суммарную или разностную частоту в зависимости от условий работы устройства.

Уровень сигнала с гетеродина 19 для обеспечения нормировки выходного сигнала и снижения величины флуктуации, характерных диапазону ДКМВ, регулируется схемой АРУ. АРУ содержит усилитель АРУ 17 и второй ФНЧ 18. Таким образом, управляемый усилитель 20 регулирует уровень напряжения гетеродина, подаваемого на второй вход первого преобразователя частоты 6. На второй преобразователь частоты 10 подаются два сигнала с второго полосового фильтра 9 и с третьего усилителя высокой частоты 21. На выходе второго преобразователя частоты 10 имеем сигнал частоты гетеродина, длительность которого равна длительности всей деманипулированной последовательности. Это позволяет существенно обузить полосу пропускания, требуемую для прохождения деманипулированного сигнала относительно ширины полосы пропускания, которая обеспечивает прохождение отдельных элементов последовательности. При прохождении сигнала через узкополосные фильтры 11 и 13 и усилитель высокой частоты 12 происходит резкое повышение отношения сигнал/шум. Сигнал с узкополосного фильтра 13 поступает на амплитудный детектор АД, состоящий из собственно детектора 14 и первого ФНЧ 15. После первого ФНЧ сигнал подается на пороговое устройство 16, выход которого обеспечивает мониторинг слабого сигнала на антенном входе 1.

Схема устройства, представленная на фиг.1, отличается от известных устройств тем, что с целью существенного уменьшения флуктуации сигналов происходит управление уровнем сигнала гетеродина 19. Для этого в схему АРУ вводится усилитель АРУ 17 и фильтр низких частот 18 с большой постоянной времени _ф>10 с., так как флуктуации носят относительно медленный характер (примерный период флуктуации 5-10 с.). Дополнительный ФНЧ 18, сглаживающий изменение уровня сигнала на выходе АД для управления уровнем сигнала гетеродина 19, практически позволяет обеспечить нормирование сигнала на выходе устройства.

Предлагаемое устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров имеет нетрадиционное построение радиоприемного тракта, который позволяет обеспечить функционирование системы обнаружения независимо от вида используемого кода излучаемой последовательности с результатом, аналогичным корреляционной обработке сигнала. Отличие предлагаемого устройства от прототипа [4] состоит в том, что используется схема деманипуляции ФМн или ЧМн последовательности. Это обеспечивается применением схемы подстановки частоты гетеродина 19. Применение высокостабильных кварцевых генераторов способствует существенному улучшению качества работы гетеродина.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Пусть на антенный вход приемного тракта системы поступает ФМн сигнал в виде

где для каждого µ значение q _µ может принимать величины 0 или 1 в зависимости от конкретного вида псевдослучайной последовательности (ПСП), функция 1(t) - единичный скачек, N - число элементов последовательности, U_m - амплитуда сигнала, принятого на антенный вход, , _H - частота ВЧ-заполнения радиоимпульсов последовательности, - начальная фаза ВЧ-заполнения при q_µ=0, - длительность элемента последовательности, длительность всей последовательности равна N.

Запишем сигнал гетеродина

где Ф_Г=_Гt+_Г, _Г и _Г - частота и начальная фаза гетеродина соответственно.

В качестве преобразователей частоты рассмотрим безынерционные перемножители сигналов. Тогда на первый преобразователь частоты поступают сигналы с антенного входа и гетеродина:

Фильтр промежуточной частоты выделяет верхнюю или нижнюю составляющую частоты в зависимости от условий работы устройства на выходе первого преобразователя, т.е.

Для второго преобразования частоты используются сигналы после первого преобразования частоты и снимаемый с антенного входа. Тогда сигнал на выходе второго ПЧ запишем в форме:

Сумма

т.е. описывает прямоугольный радиоимпульс длительностью N.

Тогда учитывая, что узкополосный фильтр выделяет частоту гетеродина, из (5) имеем

Увеличение длительности последовательности относительно длительности каждого элемента последовательности в N раз позволяет уменьшить во столько же раз полосу пропускания выходных фильтров и тем самым во столько же раз улучшить отношение сигнал/шум. Имеем эффект, подобный по улучшению отношения сигнал/шум как и при работе коррелятора, но в отличие от последнего не требующий априорной информации о коде последовательности.

Источники информации

1. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиовзаимодействия и радиотехнической разведки. М. Сов. Радио. 1968 - 448 с.

2. Мищенко Ю.А. Загоризонтная радиолокация - М. Воениздат, 1972 г.- 96 с.

2. Патент на полезную модель 69688, Н04В 15/00, опубл. 27.12.2007 г.

3. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М. Радио и связь. 1985 г., 384 с.

Устройство обнаружения сигналов при априорной неопределенности их параметров, содержащее антенный вход, входное устройство, включающее последовательно соединенные первый широкополосный фильтр, первый усилитель высокой частоты и второй широкополосный фильтр, детектор, первый фильтр нижних частот, представляющий собой интегратор и пороговое устройство, при этом вход входного устройства соединен с антенным входом, а выход - с входом детектора, вход первого фильтра нижних частот соединен с выходом детектора, а выход - с входом порогового устройства, отличающееся тем, что между входным устройством и детектором дополнительно введены два преобразователя частоты, четыре усилителя высокой частоты, при этом один из них является управляемым, два полосовых фильтра промежуточной частоты, два узкополосных фильтра, усилитель АРУ, второй фильтр низкой частоты и гетеродин, при этом первый вход первого преобразователя частоты соединен с выходом входного устройства, второй вход - с выходом пятого управляемого усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого полосового фильтра промежуточной частоты, вход второго усилителя высокой частоты соединен с выходом первого полосового фильтра промежуточной частоты, а выход - с входом второго полосового фильтра промежуточной частоты, первый вход второго преобразователя частоты соединен с выходом второго полосового фильтра промежуточной частоты, второй вход - с выходом третьего усилителя высокой частоты, а выход - с входом первого узкополосного фильтра, вход третьего усилителя высокой частоты соединен с выходом входного устройства, вход четвертого усилителя высокой частоты соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход - с входом второго узкополосного фильтра, выход которого соединен с входом детектора, вход усилителя АРУ соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, а выход - с входом второго фильтра низкой частоты, вход пятого управляемого усилителя высокой частоты соединен с выходом гетеродина, управляемый вход - с выходом второго фильтра низких частот, а выход - со вторым входом первого преобразователя частоты.