Обнаружитель радиопередач с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты
В полезной модели автоматизирован процесс принятия решения о наличии в эфире сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Исключение необходимости присутствия оператора и сокращение времени обработки позволяет повысить оперативность выделения радиосигналов с закодированной несущей частотой.
Полезная модель относится к области радиотехники и может использоваться для обнаружения выхода в эфир радиостанций с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), их пеленгации и определения сетки используемых частот.
Известно устройство для контроля работы радиостанций с ППРЧ (патент РФ №2231926, опубл. 27.06.2004 г.), обеспечивающее обнаружение кратковременных сигналов с ППРЧ в загруженных частотных диапазонах и помехоустойчивую работу панорамного пеленгатора. Недостатком этого устройства является низкая оперативность выделения искомых сигналов из-за необходимости визуального определения пеленга и обнаружения сигналов с ППРЧ оператором по изображению на экране электронно-лучевой трубки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству и выбранным за прототип является цифровая система радиоразведки DFP 5300 (Radio Reconnaissance System DFP 5300, C.Plath GmbH, Hamburg, www.plath.de). состоящая из антенно-фидерной системы типа Эдкок, к трем выходам которой подключены идентичные радиоприемные устройства. К выходам промежуточной частоты этих приемников последовательно подключены аналого-цифровые преобразователи и цифровые понижающие преобразователи. Выходы цифровых
понижающих преобразователей соединены с входами процессора вычисления спектров, а выходы последнего - с входами процессора вычисления пеленгов, где происходит вычисление частотно-пеленгового распределения всех сигналов со спектрами в выделенной полосе. Полученное распределение поступает на монитор с квази-трехмерным изображением, в котором по оси абсцисс отложены частоты, по ординат - пеленги, а уровни сигналов отображаются с помощью цветовой шкалы. Решение о наличии сигналов с ППРЧ принимается оператором по картинке на мониторе. Происходит это тогда, когда отметки сигналов, излученных на различных частотах, соответствуют одинаковому отсчету пеленга. Это значит, что сигналы приходят от одного и того же источника радиоизлучения, но передача ведется со скачкообразной перестройкой радиочастоты.
Несмотря на высокую скорость цифровой обработки, пропускная способность прототипа остается низкой из-за того, что обнаружение и пеленгование сигналов с ППРЧ осуществляется оператором визуально.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение оперативности обнаружения радиопередач с ППРЧ.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении полезной модели, который заключается в сокращении времени и автоматизации процесса обнаружения искомых сигналов.
Данный технический результат достигается тем, что в обнаружителе радиопередач с ППРЧ, состоящем из антенно-фидерной системы, соединенной с входами трех идентичных радиоприемников синусного, косинусного и ненаправленного каналов и последовательно подключенных к выходам этих
каналов аналого-цифровых преобразователей (АЦП), цифровых понижающих преобразователей (ЦПП), узла вычисления спектров, вычислителя пеленгов, а также системы определения частот и пеленгов сигналов, последняя выполнена в виде соединенных последовательно блока построения и блока накопления двумерного массива координат частота-пеленг, блока подсчета количества частот для каждого пеленга, схемы сравнения с пороговым значением количества частот и решающей схемы. Кроме того, узел вычисления спектров выполнен в виде соответствующих трем каналам блоков быстрого преобразования Фурье (БПФ), выходы амплитудных и фазовых спектров которых соединены с шестью входами блока построения пеленгов. Однако, выход амплитудного спектра ненаправленного канала соединен с управляющим входом вычислителя пеленгов через пиковый детектор максимумов амплитудного спектра, имеющего два входа, которые соединены между собой схемой определения порогового уровня амплитудного спектра.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема предлагаемого обнаружителя радиопередач с ППРЧ. Он состоит из антенно-фидерной системы 1 типа Эдкок, к трем выходам которой подключены идентичные радиоприемники синусного канала 2, косинусного канала 3 и ненаправленного канала 4. К выходам этих каналов подключены АЦП, соответственно, 5, 6 и 7. Выходы АЦП через ЦПП 8, 9, 10 соединены со входами блоков БПФ 11, 12 и 13, каждый из которых имеет по два выхода - выход фазового спектра и выход амплитудного спектра. Все выходы блоков БПФ, кроме выхода амплитудного спектра блока 13 соединены непосредственно с входами
вычислителя пеленгов 14. Выход амплитудного спектра блока 13 подключен к шестому - управляющему входу вычислителя пеленгов 14 через пиковый детектор 15, имеющий два входа, которые соединены между собой через определитель порога амплитудного спектра 16. К выходу вычислителя пеленгов 14 подключены последовательно блок построения массива координат частота-пеленг 17 и блок их накопления 18, блок подсчета количества частот для каждого пеленга 19, схема сравнения 20. Второй вход схемы сравнения 20 соединен с выходом узла хранения порогового значения количества частот 21, а выход - с входом решающей схемы 22, второй вход которой соединен со вторым выходом блока накопления 18.
Обнаружитель работает следующим образом. Радиоизлучение с эфира поступает на антенно-фидерную систему 1, образующую три канала: синусный, косинусный и ненаправленный с соответствующими радиоприемниками 2, 3 и 4. Приемники настроены на определенную частоту и выделяют полосу частот с шириной, достаточной для пропускания всех сигналов с ППРЧ, соответствующих одному сеансу связи. Ширина полосы частот, занимаемая передачами с ППРЧ, значительно больше ширины спектра одиночных сигналов передач на фиксированных частотах, а также фрагментов сигналов, входящих в передачу с ППРЧ. С выходов промежуточной частоты радиоприемников сигналы поступают в АЦП 5, 6, 7, где преобразуются в цифровые.
Цифровые сигналы с выходов АЦП подаются на цифровые понижающие преобразователи 8, 9 и 10, в которых окончательно формируется полоса обрабатываемых сигналов. На выходе каждого ЦПП появляются два квадратурных
(сдвинутых по фазе на 90°) сигнала, образующих вместе комплексные сигналы в заданной широкой полосе, которые поступают на блоки БПФ 11, 12, 13.
Полученные в результате БПФ фазовые и амплитудные спектры, в соответствии с описанными ранее соединениями, поступают на вычислитель пеленгов 14, причем амплитудный спектр с блока 13 перед поступлением на шестой (управляющий) вход вычислителя 14 проходит обработку в определителе порога 16, где вычисляется медиана амплитудного спектра, которая умножается на фиксированный коэффициент (что и обеспечивает значение порога), а также в пиковом детекторе 15, где выявляются максимумы амплитудного спектра, лежащие выше порога, и определяется их положение на частотной оси. В вычислителе пеленгов 14 отбираются значения частот, определенных детектором 15, и для них вычисляются пеленги сигналов. В результате получаются отсчеты с координатами частота-пеленг.
В блоках построения двумерного массива координат 17 и их накопления 18 предварительно записаны массивы размерности N БПФ·360 с нулевыми элементами. В соответствии с вычисленными в блоке 16 координатами в массив блока 17 записываются единицы. Элементы этого массива сравниваются с элементами массива блока 18 по правилу ИЛИ, т.е. запоминается единица, если хотя бы в одном из массивов была единица. Сформированный таким образом новый массив хранится в блоке 18 до следующего цикла обработки. Количество циклов обработки выбирается таким, чтобы было принято не менее 10 излучений сигналов с ППРЧ. В результате в массиве блока 18 каждый сигнал, приходящий с определенным пеленгом и частотой, будет отображен только одной точкой,
независимо от его длительности и амплитуды. Сигналы с ППРЧ отобразятся точками, соответствующими различным частотам его излучений, но лежащими на одной и той же координате (строке) пеленга. В блоке подсчета частот 19 последовательно суммируются все элементы массива одного пеленга, а затем в схеме 20 сравниваются с числом из блока 21, которое представляет собой долю (например, 50%) от ожидаемого количества сигналов с ППРЧ, принятых за время наблюдения. Результат сравнения поступает на решающую схему 22, в которой принимается решение о наличии сигналов с ППРЧ, приходящих с одного направления, и считываются номиналы частот, соответствующих пеленгу обнаруженного сигнала, из блока накопления 18.
Таким образом осуществляется автоматическое обнаружение и пеленгование сигналов с ППРЧ, а предварительное нахождение частотных координат максимумов в амплитудном спектре ненаправленного канала ограничивает количество вычисляемых пеленгов, что существенно сокращает объем обрабатываемых данных.
Цифровой понижающий преобразователь (ЦПП), известный из зарубежной литературы, как Digital Down Converter (DDC), называемый также цифровым приемником или квадратурным преобразователем, широко описан как в отечественной, так иностранной технической литературе (см., например, Цифровые радиоприемные системы. Справочник. М. Радио и связь. 1990, стр.22, рис.1.10), а также выпускается в виде БИС, например, AD6620 фирмы Analog Devices или HSP50016 фирмы Harris Semiconductors.
Блок вычисления БПФ может быть реализован на сигнальном процессоре (например, типа ADSP21160 или ADSP-TS201 фирмы Analog Devices) в виде стандартной процедуры.
Блоки построения двумерного массива координат и их накопления могут быть реализованы на блоках памяти указанных выше сигнальных процессоров.
Схема вычисления порога может быть реализована на одном из указанных выше сигнальных процессоров в виде стандартной процедуры вычисления медианы числового ряда с последующим умножением ее на заданный коэффициент.
Пиковый детектор является широко распространенной схемой (Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. T.1. Изд-е 3. М: Мир, 1986, стр.202-205), которая в данном случае реализуется в цифровом исполнении.
АЦП описаны в работе: Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П. Аналого-цифровые преобразователи. М. Советское радио. 1980. и выпускаются в виде БИС AD6640 фирмы Analog Devices.
Обнаружитель радиопередачи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, состоящий из антенно-фидерной системы, подключенной к входам трех идентичных радиоприемников синусного, косинусного и ненаправленного каналов, последовательно подключенных к выходам этих каналов аналого-цифровых преобразователей, цифровых понижающих преобразователей, узла вычисления спектров, вычислителя пеленгов и системы определения частот и пеленгов, отличающийся тем, что система определения частот и пеленгов выполнена в виде последовательно соединенных блоков построения и накопления координат частота - пеленг, блока подсчета количества частот для каждого пеленга, схемы сравнения с пороговым значением количества частот и решающей схемы, второй вход которой соединен со вторым выходом блока накопления координат частота пеленг, а узел вычисления спектров выполнен в виде блоков быстрого преобразования Фурье, выходы амплитудных и фазовых спектров которых соединены с шестью входами вычислителя пеленгов, причем соединение выхода амплитудного спектра ненаправленного канала с шестым входом вычислителя пеленгов осуществлено через пиковый детектор максимумов амплитудного спектра, имеющего два входа, которые соединены между собой схемой определения порогового уровня значений амплитудного спектра.
