Результат интеллектуальной деятельности: Устройство подавления эхо-сигналов движущихся дипольных отражателей и метеообразований

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к системам селекции движущихся целей, и может быть использовано в РЛС для подавления отражений от движущихся дипольных отражателей и метеообразований при неизвестной средней доплеровской скорости перемещения этих мешающих отражений.

По авт. свид. СССР № 1841288 известно устройство подавления мешающих отражений от движущихся дипольных отражателей и метеообразований, содержащее 3-отводную линию задержки, первую и вторую схему выделения разностной фазы, включенные соответственно между первым и вторым, вторым и третьим отводами линии задержки, две схемы ввода разностной фазы сумматора, детектор и умножитель, подключенный своим входом ко второму отводу линии задержки, а выходом к дополнительному входу сумматора, другие два входа которого подключены к выходам соответствующих схем ввода разностной фазы, при этом первые входы схем ввода разностной фазы соединены соответственно с первым и третьим отводами линии задержки, вторые входы - с выходами соответственно второй и первой схем выделения разностной фазы, причем выход сумматора подключен ко входу детектора.

Однако известное (см. авт. свид. №1841288, МКИ G01S 13/52, 1979 г.), устройство имеет недостаточную эффективность подавления пассивных помех, так как в нем на базе 3-импульсов реализуется однократное вычитание мешающих отражений.

Целью изобретения является повышение коэффициента подавления. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве подавления мешающих отражений от движущихся дипольных отражателей и метеообразований, содержащем 3-отводную линию задержки, первую и вторую схему выделения разностной фазы, включенные соответственно между первым и вторым, вторым и третьим отводами линии задержки, две схемы ввода разностной фазы, сумматор, детектор и умножитель, подключенный входом ко второму отводу линии задержки, а выходом к дополнительному отводу сумматора, другие два входа которого подключены к выходам соответствующих схем ввода разностной фазы, при этом первые входы схем ввода разностной фазы соединены соответственно с первым и третьим отводами линии задержки, вторые входы - с выходами соответственно второй и первой схем выделения разностной фазы, причем выход сумматора подключен к входу детектора, выход второй схемы выделения разности фаз соединен с вторым входом первой схемы ввода разностной фазы через делитель, а между выходом первой схемы выделения разности фаз и другим входом делителя включен квадратор.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства, приведены на фиг. 2 скоростные характеристики предлагаемого устройства и прототипа.

Устройство подавления мешающих отражений от движущихся дипольных отражателей содержит 3-отводную линию задержки 1, причем задержка сигнала между первым и вторым отводами составляет Т₁, а между вторым и третьим Т₂; первую и вторую схемы выделения разностной фазы 2 и 3, включенные, соответственно, между первым и вторым, вторым и третьим отводами 3-отводной линии задержки, первую и вторую схемы ввода разностной фазы 4 и 5, умножитель 6 на постоянный коэффициент "-2", сумматор 7, детектор 8, квадратор 9 и делитель 10. Выход первой схемы выделения разностной фазы 2 подключен к схеме ввода 5, включенной между третьим выводом линии задержки и сумматором 7, а также ко входу квадратора 9. Вывод второй схемы выделения разностной фазы 3 подключен к одному входу делителя 10, второй вход которого соединен с выходом квадратора 9. Выход делителя 10 подключен к схеме ввода 4, включенной между первым выводом линии задержки 1 и сумматором 7.

Устройство работает следующим образом. После третьего зондирования эхо-сигналы 3-х периодов повторения, совмещенные с помощью трехотводной линии задержки, подвергаются обработке. Информация о доплеровском набеге фазы эхо-сигналов за периоды повторения РЛС Т₁ и Т₂ вырабатывается в схемах выделения разностной фазы 2 и 3. Полученные разности фаз вводятся с помощью схем ввода 4 и 5 фазы сигналов первого и третьего периодов повторения. Сигналы второго периода повторения умножаются на постоянный коэффициент "-2" в умножителе 6 и далее сигналы трех периодов повторения суммируются в 7 и детектируются в 10.

Считая для простоты сигнал помехи нефлюктуирующим по амплитуде равным и имеющим доплеровскую частоту , отраженные сигналы трех периодов повторения можно представить в следующем виде:

Сигналы на выходе первой схемы выделения разностной фазы 2, в которой осуществляется перемножение сигналов смежных периодов повторения, усреднение полученного произведения и нормировка, будут следующими:

Аналогично получается результат на выходе второй схемы выделения разностной фазы 3

где черта сверху означает усреднение по конечному числу элементов дальности.

Напряжение с выхода первой схемы выделения разностной фазы 2 подается на квадратор 9, на выходе которого имеем:

На выходе делителя 10 получается напряжение

С помощью второй схемы ввода разностной фазы 5 осуществляется векторное умножение напряжения отраженного сигнала первого зондирования на напряжение , а напряжение отраженных сигналов третьего зондирования с помощью первой схемы ввода 4 векторного умножителя на напряжение . Отраженные сигналы второго зондирования умножаются на коэффициент "-2". Так что на вход сумматора 7 подаются напряжения

После суммирования в 7 и выделения огибающей в детекторе 8 получается напряжение

модуль которого имеет вид в отличие от у прототипа.

Таким образом, сохраняя разностно-временные свойства, в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа на базе трех периодов повторения РЛС реализовано двукратное вычитание вместо однократного, что подтверждается результатами расчета скоростных характеристик.

Аналогичная скоростная характеристика получается и для полезного сигнала в отсутствии помехи. При этом важно подчеркнуть, что даже если постоянная времени усредняющего фильтра в схемах выделения разностной фазы выбрана соизмеримой с длительностью полезного сигнала компенсироваться полезный сигнал не будет, так как доплеровская скорость цели, как правило, большая, в то время как дискретная целеподобная помеха с малой радиальной скоростью перемещения будет компенсироваться. В случае одновременного воздействия отраженных сигналов от цели и дискретной пассивной помехи скоростные характеристики приведены на фиг. 2, где сплошной линией приведена скоростная характеристика предложенного устройства, а пунктиром прототипа, на фиг. 2 построены следующие скоростные характеристики:

1 - кривая сплошная - скоростная характеристика только по цели или только по помехе для предлагаемого устройства;

2 - кривая пунктирная - аналогичная скоростная характеристика для прототипа;

3 - кривая сплошная - скоростная характеристика для цели и помехи, имеющих одинаковую мощность, при доплеровской частоте помехи 0,25 F_п и относительном разносе периодов повторения 5%;

4 - кривая пунктирная - аналогичная 3 скоростная характеристика для прототипа.

Из приведенных скоростных характеристик следует, что в предложенном устройстве углубляется зона режекции помехи за счет реализации двукратного вычитания, что подтверждает более высокую эффективность подавления мешающих отражений в предложенном устройстве по сравнению с прототипом. При этом скоростная характеристика по цели не ухудшается.

Дополнительно проводился анализ эффективности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом методом статистического моделирования на ЭЦВМ. Помеха моделировалась с нормальным распределением и гауссовой формой спектра. Доплеровский набег фазы движущейся пассивной помехи за период повторения составлял π/8, межпериодный коэффициент корреляции R(T)=0,99. Выигрыш в подавлении дискретной пассивной помехи в предложенном устройстве по сравнению с прототипом составил 18 дБ.

Рассмотрим вопрос реализации данного устройства. В случае реализации данного устройства в аналоговом виде на промежуточной частоте схемы выделения разностной фазы 2 и 3 реализуются в виде корреляторов предварительно жестко ограниченных сигналов.

При этом для того, чтобы напряжение на выходе коррелятора было бы на промежуточной частоте, используются вспомогательные опорный генератор частоты и смесители частоты, которые переносят сигналы третьего и второго зондирования с частотой фазами, соответственно, и на суммарную частоту . Таким образом, на выходе корреляторов формируются напряжения на частоте , которые усредняются в полосовых фильтрах. Фаза этих напряжений для схемы выделения разностной фазы 2 равна , а для схемы выделения разностной фазы 3 , - начальная фаза вспомогательного опорного генератора. Схемы ввода разностной фазы 4 и 5 представляют собой перемножители, работающие на промежуточной частоте. Причем для исключения начальной фазы вспомогательного опорного генератора на выходе этих перемножителей включаются вспомогательные смесители, которые одновременно переводят все сигналы, подаваемые на сумматор 7 на частоту . Квадратор 9 при работе на промежуточной частоте представляет собой удвоитель частоты (фазы), а делитель 10 - смеситель частоты с выделением на выходе разностной частоты (фазы) сигналов.

Как уже отмечалось, предлагаемое устройство использует вобулированную последовательность из 3-х импульсов и может применяться в РЛС с программным режимом обзора. При этом отвод линии задержки 1, работающей также на промежуточной частоте, должен быть согласован с длительностью периодов зондирующих импульсов. Для того, чтобы устройство могло обрабатывать пачку из произвольного числа вобулированных импульсов, на входе устройства следует применить девобулятор принимаемой последовательности импульсов (см. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации, М., "Сов. радио", 1970 г., стр. 480). В этом случае центральный отвод трех-отводной линии задержки следует сделать посередине.

В качестве базового объекта может быть взято устройство, разработанное согласно формуле прототипа. Положительный эффект, таким образом, тождественен положительному эффекту предложенного устройства по сравнению с прототипом.