Блок цифровой обработки (бос) сигнала баркера при его обнаружении

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиолокационных системах обнаружения и распознавания. Технический эффект в предлагаемом устройстве является расширение функциональных возможностей прототипа за счет введения переключателей, обеспечивающих работу устройства в двух режимах работы, полосовых фильтров, выделяющих частотные составляющие линейно-частоно-модулированного фазо-кодо-манипулированного сигнала, соответствующие временным позициям кода Баркера, согласованной фильтрации выделяемых составляющих во введенных дисперсионных линиях задержки по частотным каналам, выравниванием фаз этих частотных составляющих в момент окончания импульса с помощью введенных регулируемых фазовращателей и последующего когерентного суммирования. Устройство содержит вспомогательный фильтр, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки, с 1-го по N-ый сумматор, реализующий операцию суммирования по модулю 2, вторые входы которых соединены соответственно с выходами 1-го, 2-го,,N-го элемента эталонного сигнала, выходы с 1-го по N-ый сумматор, реализующий операцию суммирования по модулю 2, соединены соответственно с входами с 1-го по N-ый инвертор. Устройство также содержит сумматор, выход которого является выходом устройства. Устройство отличается от прототипа тем, что дополнительно введены с 1-го по N-ый переключатель, при этом вход первого переключателя соединен с выходом вспомогательного фильтра, а входы с 2-го по N-ый переключатель соединены с соответствующими выходами линии задержки, первые выходы с 1-го по N-ый переключателей соединены соответственно с первыми входами с 1-го по N-ый сумматор, реализующий операцию суммирования по модулю 2, а вторые выходы соединены соответственно с входами с 1-го по N-ый полосовой фильтр, выходы которых являются соответственно входами с 1-ой по N-ую дисперсионных линий задержки, выходы которых соединены соответственно с 1-го по N-ый инверторами, при этом выходы с 1-го по N-ый инвертор соединены соответственно с входами с 1-го по N-ый фазовращатель, выходы которых соединены со входами сумматора, выход которого является выходом устройства.

Предполагаемое устройство относится к области радиотехники, и может быть использовано в радиолокационных системах обнаружения и распознавания, обеспечивая обработку сложных сигналов, в том числе, линейно-частотно модулированных сигналов с внутриимпульсной фазо-кодовой манипуляцией [1].

Известно устройство обработки фазо-кодо-манипулированных сигналов по коду Баркера, содержащее фильтр, многоотводную линию задержки, фазовращатели, сумматор. Принцип работы устройства заключается в следующем. Сигнал, имеющий вид последовательности отрезков гармонических колебаний с фазовыми сдвигами ₁, ₂,,_М, равными 0° или 180° поступает на вспомогательный фильтр, согласованный по отношению к одной позиции сложного фазоманипулированного сигнала. На выходе этого фильтра под воздействием входного дельта-импульса возникает радиоимпульс с огибающей прямоугольной формы. Этот импульс подается на линию задержки с отводами. Задержка во времени между отводами равна длительности каждой позиции сигнала. Импульсная характеристика согласованного фильтра должна представлять собой «зеркальную» копию выделяемого сигнала с обращенным во времени порядком следования отдельных позиций. Для правильного функционирования устройства необходимо, чтобы последовательность фазовых сдвигов _М, ₂, ,,₁ отвечала значениям фаз в отдельных позициях сигнала Баркера при счете от конца сигнала к началу. Прямоугольный радиоимпульс, перемещаясь вдоль линии задержки, поочередно возбуждает входы сумматора. По результату суммирования выносится решение о наличии или отсутствии сигнала[2].

Недостатком данного устройства обнаружения М-позиционного сигнала Баркера с фазовым кодированием является невозможность его применения в системах, в которых нельзя менять структуру сигнала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство, реализующее способ обработки сигнала Баркера при его обнаружении [3], который и выбран в качестве прототипа.

Устройство содержит вспомогательный фильтр, линию задержки, сумматор, реализующий операцию суммирования по модулю 2, элементы эталонного сигнала, инверторы, сумматор.

При этом выход вспомогательного фильтра, вход которого является входом устройства, соединен с первыми входами сумматоров, реализующих операцию суммирования по модулю 2 непосредственно и через отводы линии задержки, вторые входы сумматоров, реализующих операцию суммирования по модулю 2 соединены с выходами элементов эталонного сигнала. Выходы сумматоров, реализующих операцию суммирования по модулю 2 через инверторы соединены с входами сумматора, выход которого является выходом устройства.

Работа известного устройства заключается в следующем. Сигнал, имеющий вид последовательности отрезков гармонических колебаний с постоянной фазой и отрезков, где сигнал отсутствует, поступает на фильтр, согласованный по отношению к одной позиции сложного сигнала. На выходе этого фильтра под воздействием входного дельта-импульса возникает радиоимпульс с огибающей прямоугольной формы. Этот импульс подается на линию задержки с отводами. Задержка во времени между отводами равна длительности каждой позиции сигнала. Импульсная характеристика согласованного фильтра должна представлять собой «зеркальную» копию выделяемого сигнала с обращенным во времени порядком следования отдельных позиций. Прямоугольный радиоимпульс, перемещаясь вдоль линии задержки, поочередно возбуждает входы сумматоров, выполняющих операцию сложения по модулю 2 с соответствующей позицией эталонного сигнала, далее инверторов. Затем происходит суммирование полученных сигналов. По результату суммирования выносится решение о наличии или отсутствии сигнала.

Следовательно, данное устройство позволяет обрабатывать фазо-кодо-манипулированные сигналы по коду Баркера.

Однако в современных многофункциональных РЛС, использующих технику сжатия и обрабатывающих большое число целей с широким динамическим диапазоном отражающих поверхностей необходимо использовать набор сигналов, каждый из которых обеспечивает решение определенной задачи [4, с 50, 5, 6]. Для решения различных радиолокационных задач в современных РЛС требуется различная ширина спектров зондирующих сигналов [4]. Реализовать требуемую ширину спектра для обнаружения и распознавания целей РЛС можно обеспечить, используя линейно-частотно-модулированный фазо-кодо-манипулированный сигнал.

Таким образом, основным недостатком прототипа является ограниченные функциональные возможности по обработке только фазо-кодо-манипулированных сигналов Баркера.

Основной целью предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей прототипа по обработке сигналов использующих манипуляцию фазы по коду Баркера.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, реализующее способ обработки сигнала Баркера при его обнаружении, содержащее вспомогательный фильтр, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки, с 1-го по N-ый сумматор, реализующий операцию суммирования по модулю 2, вторые входы которых соединены соответственно с выходами 1-го, 2-го,, N-го элемента эталонного сигнала, выходы с 1-го по N-ый сумматор, реализующий операцию суммирования по модулю 2, соединены соответственно с входами с 1-го по N-ый инвертор, сумматор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены с 1-го по N-ый переключатель, с 1-го по N-ый полосовой фильтр, с 1-ой по N-ую дисперсионные линии задержки, с 1-го по N-ый фазовращатель, при этом вход первого переключателя соединен с выходом вспомогательного фильтра, а входы с 2-го по N-ый переключатель соединены с соответствующими выходами линии задержки, первые выходы с 1-го по N-ый переключателей соединены соответственно с первыми входами с 1-го по N-ый сумматор, реализующий операцию суммирования по модулю 2, а вторые выходы соединены соответственно с входами с 1-го по N-ый полосовой фильтр, выходы которых являются соответственно входами с 1-ой по N-ую дисперсионных линий задержки, выходы которых соединены соответственно с 1-го по N-ый инверторами, при этом выходы с 1-го по N-ый инвертор соединены соответственно с входами с 1-го по N-ый фазовращатель, выходы которых соединены со входами сумматора.

Данное устройство обеспечивает возможность обработки сигнала Баркера и линейно-частотно-модулированного фазоманипулированного сигнала кодом Баркера, тем самым расширяются функциональные возможности прототипа.

Технический эффект в предлагаемом устройстве достигается за счет введения переключателей, обеспечивающих работу устройства в двух режимах работы, полосовых фильтров, выделяющих частотные составляющие ЛЧМ ФКМ сигнала, соответствующие временным позициям кода Баркера, согласованной фильтрации выделяемых составляющих во введенных дисперсионных линиях задержки по частотным каналам, выравниванием фаз этих частотных составляющих в момент окончания импульса с помощью введенных регулируемых фазовращателей и последующего когерентного суммирования

Структурная схема разработанного устройства обработки сигнала Баркера при его обнаружении приведена на фиг.1.

В состав устройства обработки сигнала Баркера при его обнаружении входят: вспомогательный фильтр 1, многоотводная линия задержки 2, переключатели 3-1, 3-2,,3-N, полосовые фильтры 4-1, 4-2,,4-N, дисперсионные линии задержки 5-1, 5-2,,5-N сумматоры, реализующие операцию суммирования по модулю два 6-1, 6-2,,6-N элементы эталонного сигнала 7-1, 7-2, 7-N, инверторы 8-1, 8-2,,8-N, фазовращатели 9-1,9-2,9-N, сумматор 10.

Рассмотрим соединение элементов устройства обработки сигнала Баркера при его обнаружении. Вспомогательный фильтр 1, вход которого является входом устройства, подключается к первому переключателю 2-1, и к многоотводной линии задержки 2, выходы которой являются соответственно входами со 2-го по N-ый переключатель 2-2, 2-3,,2-N, первые выходы с 1-го по N-ый переключатель 2-1, 2-2,,2-N соединены соответственно с входом 1-го, 2-го,,N-го полосового фильтра 4-1, 4-2,,4-N, выходы которых соединены соответственно со входом 1-ой, 2-ой,,N-ой дисперсионной линии задержки 5-1, 5-2,,5-N, выходы которых соединены соответственно с входом 1-го, 2-го,,N-го инвертора 8-1, 8-2,,8-N, выходы которых соединены соответственно с входом 1-го, 2-го,,N-го фазовращателя 9-1, 9-2, 9-N, выходы которых соединены со входом сумматора 10, выход которого является выходом устройства. Вторые выходы с 1-го по N-ый переключатель 2-1, 2-2,,2-N, соединены соответственно с первыми входами 1-го, 2-го,,N-го сумматора, реализующие операцию суммирования по модулю два 6-1, 6-2,,6-N, вторые входы которых соединены соответственно с выходами 1-го, 2-го,,N-го элемента эталонного сигнала 7-1, 7-2, 7-N, выходы 1-го, 2-го,,N-го сумматора, реализующие операцию суммирования по модулю два 6-1, 6-2,,6-N соединены соответственно с входами 1-го, 2-го,,N-го инвертора 8-1, 8-2,,8-N.

Устройство может работать в двух режимах: режиме обработки сигнала Баркера и режиме обработки линейно-частотно модулированных сигналов с внутриимпульсной фазовой манипуляцией (ЛЧМ ФКМ) по коду Баркера. Управление режимами работы устройства осуществляется с помощью переключателей 3-1, 3-2,,3-N.

Работа устройства в первом режиме аналогично работе прототипа. Сигнал, имеющий вид последовательности отрезков гармонических колебаний с постоянной фазой и отрезков, где сигнал отсутствует, поступает на фильтр 1, согласованный по отношению к одной позиции сложного сигнала. На выходе этого фильтра под воздействием входного дельта-импульса возникает радиоимпульс с огибающей прямоугольной формы. Этот импульс подается на линию задержки 2 с отводами. Задержка во времени между отводами равна длительности каждой позиции сигнала. Импульсная характеристика согласованного фильтра должна представлять собой «зеркальную» копию выделяемого сигнала с обращенным во времени порядком следования отдельных позиций. Прямоугольный радиоимпульс, перемещаясь вдоль линии задержки 2, поочередно возбуждает входы сумматоров, выполняющих операцию сложения по модулю два 6-1,6-2,,6-N, с соответствующей позицией эталонного сигнала. Затем происходит суммирование полученных сигналов. По результату суммирования выносится решение о наличии или отсутствии сигнала.

Работа устройства во втором режиме работы при приеме ЛЧМ ФКМ сигнала, в котором в качестве фазоманипулирующей последовательности использовалась последовательность на основе кода Баркера, с количеством дискрет для примера, равным трем поясняется эпюрами представленными на фиг.2

Сигнал, имеющий вид последовательности отрезков гармонических колебаний с постоянной фазой и отрезков, где сигнал отсутствует, поступает на фильтр 1, согласованный по отношению к одной позиции сложного сигнала. На выходе этого фильтра под воздействием входного дельта-импульса возникает радиоимпульс с огибающей прямоугольной формы. Этот импульс подается на линию задержки с отводами 2. С выходов многоотводной линии задержки 2 сигнал имеет вид:

где

f_пр - значение промежуточной частоты;

N·_д - представляет собой время задержки ЛЧМ РИ с внутриимпульсной фазо-кодовой манипуляцией на соответствующем выходе многоотводной линии задержки;

N=0,1,2 (при использовании трехразрядного кода Баркера, как в нашем случае);

_д - длительность дискреты.

Напряжение с выходов многоотводной линии задержки 2 поступает через переключатели 3-1, 3-2,,3-N на полосовые фильтры 4-1, 4-2,,4-N, где одновременно выделяются парциальные ЛЧМ радиоимпульсы с длительностью, равной длительности одной позиции кода Баркера.

Несущая частота в каналах отличается на значение девиации частоты. Суммарная девиация сигналов всех частотных каналов равна девиации принимаемого ЛЧМ ФКМ радиоимпульса.

Выражения и эпюры напряжений сигналов с выходов полосовых фильтров 4-1, 4-2,,4-N имеют следующий вид:

Вследствие использования линии задержки 2, на выходе полосовых фильтров 4-1, 4-2,,4-N в каждом частотном канале формируются одиночные парциальные линейно-частотно-модулированные (ЛЧМ) радиоимпульсы, которые расположены на одном временном интервале, имеющие одинаковую девиацию частоты, разнесены по частоте на одно значение, равное их девиации, имеющие разную начальную фазу. После сжатия в соответствующих дисперсионных линиях задержки (ДЛЗ) 5-1, 5-2,,5-N, аналитическое выражение, описывающее сигнал имеет вид:

С выходов ДЛЗ 5-1, 5-2,,5-N, сигнал поступает на инверторы 8-1,8-2,,8-N, где в каналах начальная фаза дискреты в зависимости от кода импульсной характеристики либо инвертируется, либо остается без изменений.

С помощью регулируемых фазовращателей 9-1, 9-2,,9-N, осуществляется выравнивания фаз в каналах, после чего, сигналы суммируются в общем сумматоре 10, выход которого является выходом устройства.

Выходное напряжение устройства описывается выражением:

, где

- нормированное время, отсчитываемое с начала ЛЧМ-ФМ сигнала;

f₀, _c - девиация частоты и длительность ЛЧМ сигнала;

1=1,2,3,,L - номер элемента кодирующей последовательности ₁ - длиной L, которая при бинарной фазовой манипуляции записывается в виде единиц и нулей;

- нормированная длительность элемента кодирующей последовательности;

- нормированная частота;

- нормированная длительность сигнала.

и - нормированные значения временного запаздывания и доплеровского смещения частоты f.

Т=+[где =entier(T/)]

базой кодируемого ЛЧМ сигнала и длиной L=Y_c/ кодирующей последовательности.

Таким образом, устройство обработки сигнала Баркера при его обнаружении представляет собой многоканальное устройство, причем каждый из каналов согласован с одной из частотных составляющих, соответствующей каждой из позиций кода Баркера.

В качестве базового объекта выбран прототип, поскольку он отвечает необходимым требованиям, предъявляемым к подобным устройствам в настоящее время.

В отличие от базового объекта, в котором можно производить обработку сигнала Баркера, предлагаемое устройство осуществляет обработку ЛЧМ ФКМ сигнала, что позволяет реализовать требуемую ширину спектра для обнаружения и распознавания целей РЛС. Это стало возможным путем включения N переключателей, N полосовых фильтров, N дисперсионных линий задержки, N регулируемых фазовращателей. При этом включение дополнительных элементов существенно не усложняет алгоритм работы предлагаемого устройства в целом, но позволяет обрабатывать ЛЧМ ФКМ сигнал, что расширяет функциональные возможности прототипа по обработке сигналов, использующих манипуляцию фазы по коду Баркера.

Таким образом, предлагаемое устройство обработки сигнала Баркера при его обнаружении позволяет увеличить функциональные возможности прототипа, и может быть изготовлен на известной элементной базе и известными промышленными средствами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кочемасов В.Н., Кряжев В.П., Оконешников B.C. ЛЧМ сигналы с внутриимпульсной фазовой манипуляцией. - Радиотехника, 1980, т.35, 2. - с.57-60.

2. Баскаков С.И. Радтотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / С.И.Баскаков. - 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 2000.

3. Способ обработки сигнала Баркера при его обнаружении. / Описание изобретения к патенту по заявке 2006134756/09. 27.08.2008 Бюл. 24

4. Кочемасов В.П., Белов Л.А. Применение ЛЧМ сигналов и методы их формирования. - Зарубежная радиоэлектроника, 1975, 8. - с.32-63.

5. Рихачек, Митчелл. Радиолокационные сигналы с зигзагообразной частотной модуляцией. - Зарубежная радиоэлектроника, 1969, 9. - с.30-45.

Устройство обработки сигнала Баркера при его обнаружении, содержащее вспомогательный фильтр, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки, с 1-го по N-й сумматоры, реализующие операцию суммирования по модулю 2, вторые входы которых соединены соответственно с выходами 1-го, 2-го, , N-го элемента эталонного сигнала, выходы с 1-го по N-й сумматоров, реализующих операцию суммирования по модулю 2, соединены соответственно с входами с 1-го по N-й инверторов, сумматор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены с 1-го по N-й переключатели, с 1-го по N-й полосовые фильтры, с 1-й по N-ю дисперсионные линии задержки, с 1-го по N-й фазовращатели, при этом вход первого переключателя соединен с выходом вспомогательного фильтра, а входы с 2-го по N-й переключателей соединены с соответствующими выходами линии задержки, первые выходы с 1-го по N-й переключателей соединены соответственно с первыми входами с 1-го по N-й сумматоров, реализующих операцию суммирования по модулю 2, а вторые выходы соединены соответственно с входами с 1-го по N-й полосовых фильтров, выходы которых являются соответственно входами с 1-й по N-ю дисперсионных линий задержки, выходы которых соединены соответственно с 1-го по N-й инверторами, при этом выходы с 1-го по N-й инверторов соединены соответственно с входами с 1-го по N-й фазовращателей, выходы которых соединены со входами сумматора.