Устройство выделения сигналов движущихся целей

УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ, содержащее генератор стробов, последовательно соединенные когерентный гетеродин, фазовый детектор, первый блок стробирования, первый интегратор, первый доплеровский фильтр, первый линейный детектор и первый блок вычитания и последовательно соединенные второй блок стробирования, второй интегратор, второй доплеровский фильтр и второй линейный детектор, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы генератора стробов соединены соответственно с вторыми входами первого и второго блока стробирования и с вторыми входами первого и второго интеграторов, отличающееся тем, что, с целью увеличения помехозащищенности при приеме сигналов от движущихся целей на фоне коррелированных помех и шумов неизвестной интенсивности, введены блок взятия модуля, последовательно соединенные первый блок сложения, второй блок сложения, первый фильтр нижних частот и компаратор и последовательно соединенные второй блок вычитания, третий доплеровский фильтр, третий линейный детектор, третий блок вычитания, второй фильтр нижних частот и весовой блок, выход которого соединен с вторым входом компаратора, при этом первый и второй входы второго блока вычитания соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, первый и второй входы первого блока сложения соединены с выходами первого и второго линейных детекторов соответственно, а выход первого блока вычитания через блок взятия модуля соединен с вторыми входами третьего блока вычитания и второго блока сложения.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в следящих измерителях дальности при приеме сигналов от движущихся целей на фоне коррелированных помех, обусловленных отражениями от местных предметов, метеообразований и т.п.
Известно устройство выделения сигналов движущихся целей, содержащее блок стробирования, когерентный гетеродин, доплеровский фильтр, первый и второй детекторы, первый и второй фильтры нижних частот и компаратор.
Однако известное устройство имеет низкую помехозащищенность при приеме сигналов от движущихся целей на фоне коррелированных помех и шумов неизвестной интенсивности.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство выделения сигналов движущихся целей, содержащее генератор стробов, последовательно соединенные когерентный гетеродин, фазовый детектор, первый блок стробирования, первый интегратор, первый доплеровский фильтр, первый линейный детектор и первый блок вычитания и последовательно соединенные второй блок стробирования, второй интегратор, второй доплеровский фильтр, второй линейный детектор, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы генератора стробов соединены соответственно с вторым входами первого и второго блоков стробирования и с вторыми входами первого и второго интеграторов.
Однако известное устройство имеет низкую помехозащищенность при приеме сигналов от движущихся целей на фоне коррелированных помех и шумов неизвестной интенсивности.
Цель изобретения увеличение помехозащищенности при приеме сигналов от движущихся целей на фоне коррелированных помех и шумов неизвестной интенсивности.
Для этого в устройство выделения сигналов движущихся целей, содержащее генератор стробов, последовательно соединенные когерентный гетеродин, фазовый детектор, первый блок стробирования, первый интегратор, первый доплеровский фильтр, первый линейный детектор и первый блок вычитания и последовательно соединенные второй блок стробирования, второй интегратор, второй доплеровский фильтр и второй линейный детектор, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы генератора стробов соединены соответственно с вторыми входами первого и второго блоков стробирования и с вторыми входами первого и второго интеграторов, введены блок взятия модуля, последовательно соединенные первый блок сложения, второй блок сложения, первый фильтр нижних частот и компаратор и последовательно соединенные второй блок вычитания, третий доплеровский фильтр, третий линейный детектор, третий блок вычитания, второй фильтр нижних частот и весовой блок, выход которого соединен с вторым входом компаратора, при этом первый и второй входы второго блока вычитания соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, первый и второй входы первого блока сложения соединены с выходами первого и второго линейных детекторов соответственно, а выход первого блока вычитания через блок взятия модуля соединен с вторыми входами третьего блока вычитания и второго блока сложения.
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2,3 временные диаграммы, поясняющие работу предложенного устройства.
Устройство выделения сигналов движущихся целей содержит фазовый детектор 1, когерентный гетеродин 2, генератор 3 стробов, первый и второй блоки 4, 5 стробирования, первый и второй интеграторы 6,7, первый, второй и третий доплеровские фильтры 8, 9, 10, первый, второй и третий линейные детекторы 11, 12 и 13, первый, второй и третий блоки 14, 15, 16 вычитания, первый и второй блоки 17, 18 сложения, первый и второй фильтры 19, 20 нижних частот, блок 21 взятия модуля, весовой блок 22 и компаратор 23.
Устройство выделения сигналов движущихся целей работает следующим образом.
Пусть отсутствует полезный сигнал. В этом случае на вход устройства поступает аддитивная смесь пассивной (кореллированной) помехи и "белого" шума, интенсивность которого неизвестна и может изменяться в процессе работы. Поступающая на сигнальный вход фазового детектора 1 смесь преобразуется при помощи когерентного гетеродина 2 в область низких частот (фиг. 2а) и поступает на первые входы первого и второго блоков 4,5 стробирования, которые открываются с помощью генератора 3 стробов последовательно во времени на время длительности сигнала через период повторения Т_п (фиг.2б, 2в).
Прошедшие первый и второй блоки 4,5 стробирования сигналы поступают на первые входы первого и второго интеграторов 6,7, где выделяется огибающая напряжения (фиг. 2г, 2д). Эти огибающие напряжения поступают на входы первого и второго доплеровских фильтров 8,9, которые режектируют составляющие пассивной помехи (фиг.2 е, ж). Положим, что составляющие, прошедшие эти фильтры, соответствуют нормальному "белому" шуму с параметрами (0, ). Эти составляющие детектируются первым и вторым линейными детекторами 11, 12 (фиг. 2з, 2и), на выходах которых будет выделяться напряжение, имеющее распределение Релея с математическим ожиданием m₁₁= 1,253 и дисперсией D₁₁= 2- 0,429 ².
На выходе первого блока 14 вычитания (фиг.2к) будет иметь место центрированный случайный процесс, распределенный по нормальному закону с параметрами (0, D₁₁) (0,2D₁₁) (0; 0,858 ²), то есть постоянная составляющая равна нулю, а флюктуационная равна 0,858 ².
С выходов первого и второго интеграторов 6,7 сигнал поступает на соответствующие входы второго блока 15 вычитания, на выходе которого образуется сигнал, представляющий собой разность коррелированной помехи и "белого" шума (фиг.2 л).
Этот сигнал проходит третий доплеровский фильтр 10, который идентичен по своим характеристикам первому и второму доплеровским фильтрам 8,9 и где подавляются составляющие, соответствующие коррелированной помехе (фиг. 2м), и на входе третьего линейного детектора 13 будут составляющие, соответствующие нормальному "белому" шуму с параметрами (0, 2 ) (фиг.2н). На выходе третьего линейного детектора 13 будет выделяться напряжение, имеющее распределение Релея с математическим ожиданием m₁₃= 2 -2,506 и дисперсией D₁₃= 2 2- 0,858 ².
Напряжение с выхода третьего линейного детектора 13 поступает на третий блок 16 вычитания (фиг.2о), на второй вход которого поступает напряжение с выхода блока 21 взятия модуля (фиг.2п). Одновременно, на выходе первого блока 17 сложения (фиг. 2р) будет иметь место случайный процесс, имеющий постоянную составляющую m₁₇ 2m₁₁ 2,506 и флюктуационную составляющую, равную D₁₇ D₁₄ 0,858 ².
Поскольку на входе блока 21 взятия модуля действует нормальный случайный процесс с параметрами (0, 0,858 ²), на его выходе будет процесс с односторонним нормальным распределением вероятностей с математическим ожиданием m₂₁= 0,8 0,741 и дисперсией D₂₁ 0,36D₁₄ 0,308 ².
В этом случае на выходе третьего блока 16 вычитания будет иметь место случайный процесс, математическое ожидание которого будет равно m₁₆ m₁₃ m₂₁ 1,765 и дисперсия которого будет равна D₁₆ D₁₃^.D₂₁ 1,166 ², а плотность распределения будет представлять из себя свертку плотностей распределения вероятностей на входах.
С выхода второго блока 18 сложения (фиг. 2с) и третьего блока 16 вычитания сигналы поступают на первый фильтр 19 нижних частот и на второй фильтр 20 нижних частот соответственно, причем постоянные времени первого и второго фильтров 19, 20 низких частот одинаковы и выбираются из условия обеспечения требуемой величины подавления флюктуационных составляющих, определяемых величинами D₁₈ и D₁₆.
На выходах первого и второго фильтров 19, 20 нижних частот (фиг.2т,у) формируются нормализованные процессы. В том случае, если в качестве первого и второго фильтров 19, 20 нижних частот используются интегрирующие RC-цепи, на их выходах будут нормальные процессы, которые после окончания переходного процесса имеют математические ожидания, соответственно равные m₁₉ 3,247 и m₂₀ 1,765 и дисперсии которых D₁₉ D₂₀ 1,166 ² /(4RC0,292 ²/RC.
Сигнал, поступающий с выхода второго фильтра 20 нижних частот, умножается в весовом блоке 22 (фиг. 2ф) на коэффициент К, который выбирается из требования обеспечения заданной вероятности ложной тревоги P_F в компараторе 23 (фиг.2х). Величина коэффициента К выбирается в этом случае
K Qm₁₉/m₂₀ 1,84Q, где Q U_o/ относительный уровень порога, выбираемый из условия обеспечения заданной вероятности ложной тревоги P_F;
U_o абсолютный уровень порога;
среднеквадратическое отклонение нормального шума;
D D₁₉ + KD₂₀ сумма дисперсии процесса на сигнальном входе и дисперсии уровня порога соответственно.
Поскольку абсолютная величина U_o,поступающая на второй пороговый вход компаратора 23, изменяется в зависимости от величины таким образом, что относительный уровень порога остается величиной постоянной, то этим самым достигается стабилизация вероятности ложной тревоги P_F при отсутствии полезного сигнала, как изображено на фиг 2х.
При появлении полезного сигнала в аддитивной смеси с коррелированной помехой и "белым" шумом на выходе фазового детектора 1 данная смесь преобразуется при помощи когерентного гетеродина 2 в область нижних частот (фиг.3а) и после прохождения первого и второго блоков 4,5 стробирования (фиг.3 б, в) поступает на первые входы первого и второго интеграторов 6,7, на выходах которых (фиг.3г,д) выделяются огибающие напряжения, которые проходят первый и второй доплеровские фильтры 8, 9 (фиг.3е, ж) и первый и второй линейные детекторы 11, 12, на выходах которых имеет место аддитивная смесь полезного сигнала и "белого" шума (фиг.3з, и). На выходе первого блока 14 вычитания (фиг. 3к) имеет место сигнал в виде аддитивной смеси разности перекрытия со стробами полезного сигнала и шума с математическим ожиданием, равным нулю, и дисперсией D₁₄0,858 ².
Одновременно на выходе второго блока 15 вычитания (фиг. 3л) образуется сигнал, представляющий собой разность полезного сигнала и разности значений составляющих коррелированной помехи и "белого" шума. После прохождения этой смеси третьего доплеровского фильтра 10 (фиг.3 м) и третьего линейного детектора 13 на выходе последнего (фиг.3н) образуется сигнал, положим, положительной полярности и состоящий из разности полезного сигнала и шума с математическим ожиданием m₁₃ 2,506 и дисперсией D₁₃ 0,858 ².
Компенсация напряжения, соответствующего значению положительной полярности разности полезного сигнала, выделяющегося на выходе третьего линейного детектора 13, осуществляется путем вычитания в третьем блоке 16 вычитания (фиг.3о) напряжения, поступающего через блок 21 взятия модуля (фиг.3п) с выхода первого блока 14 вычитания, на выходе которого разность полезного сигнала может принимать как положительную, так и отрицательную полярность, что связано с величиной перекрытия полезного сигнала со стробами. На выходе блока 21 взятия модуля имеют место составляющие положительной полярности разности полезного сигнала и шума с математическим ожиданием m₂₁ 0,741 и дисперсией D₂₁ 0,308 ².
На выходе первого блока 17 сложения (фиг.3р) появится сигнал в виде суммы результата перекрытия полезного сигнала с стробами и шума, имеющего математическое ожидание m₁₇ 2,506 и дисперсию D₁₇ D₁₄ 0,858 ². Сигнал с выхода первого блока 17 сложения в виде смеси суммы полезного сигнала и шума с математическим ожиданием m₁₇ 2,506 и дисперсией D₁₇ 0,858 складывается во втором блоке 18 сложения с сигналом, поступающим с выхода блока 21 взятия модуля, с разностью полезного сигнала положительной полярности и шума с математическим ожиданием m₂₁ 0,741 и дисперсией D₂₁ 0,308 ². На выходе второго блока 18 сложения (фиг.3 с) имеет место сумма полезного сигнала и разности полезного сигнала и шума с математическим ожиданием m₁₈ 3,247 и дисперсией D₁₈ 1,166 ².
Сигнал с выхода второго блока 18 сложения поступает на вход первого фильтра 19 нижних частот и, после фильтрации (фиг.3т), поступает на первый (сигнальный) вход компаратора 23.
На выходе третьего блока 16 вычитания компенсируются составляющие, соответствующие разности полезного сигнала, и имеют место составляющие, соответствующие шуму с математическим ожиданием m₁₆ 1,765 и дисперсией D₁₆ 1,166 ². Эти составляющие поступают на второй фильтр 20 нижних частот, где производится фильтрация и нормализация процесса (фиг.3у). В случае выполнения второго фильтра 20 нижних частот в виде интегрирующей RC цепи, на его выходе имеется сигнал с математическим ожиданием m₂₀ 1,765 и дисперсией D₂₀ 0,292 ²/RC.
Этот сигнал поступает через весовой блок 22 (фиг.3ф) с коэффициентом передачи К на первый (пороговый) вход компаратора 23 и управляет уровнем порога U_o в зависимости от величины среднеквадратического значения шума таким образом, чтобы обеспечить заданную вероятность ложной тревоги P_F.
При этом на выходе компаратора 23 появляется сигнал присутствия цели (фиг.3х).
Происходит адаптивная перестройка порога за счет оценки среднеквадратического отклонения "белого" шума таким образом, что относительная его величина остается постоянной и позволяет стабилизировать вероятность ложной тревоги при одновременном присутствии полезного сигнала. Отметим также, что сигнал с выхода первого блока 14 вычитания может использоваться в качестве сигнала временного рассогласования для следящего измерителя дальности (на фиг.1 не показан).
Пусть известное устройство имеет постоянный порог, а обнаружению подлежит нормальный случайный процесс. Вероятность ложной тревоги P_F в этом случае может быть определена P_F 1 Ф (U_o/ ), где
Ф( ) (1/2 ) exp(-0,5V²)dV интеграл вероятности, у которого Ф ( ) 1, Ф (-V) 1 Ф(V); U_o пороговый уровень, выбираемый из заданной вероятности ложной тревоги P_Fи ожидаемого значения среднеквадратического отклонения шума .
Можно показать, что в случае фиксированного порога увеличение среднеквадратического отклонения шума в два раза приводит к возрастанию величины P_F примерно в 50 раз.
В предложенном устройстве уровень порога компаратора 23 изменяется с изменением величины так, что относительное значение порога U_o/ const, то есть остается постоянным. При возрастании, например, величины в 2 раза величина U_o также возрастает в 2 раза, следовательно P_F const как при сигнале, так и без него.
УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ, содержащее генератор стробов, последовательно соединенные когерентный гетеродин, фазовый детектор, первый блок стробирования, первый интегратор, первый доплеровский фильтр, первый линейный детектор и первый блок вычитания и последовательно соединенные второй блок стробирования, второй интегратор, второй доплеровский фильтр и второй линейный детектор, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы генератора стробов соединены соответственно с вторыми входами первого и второго блока стробирования и с вторыми входами первого и второго интеграторов, отличающееся тем, что, с целью увеличения помехозащищенности при приеме сигналов от движущихся целей на фоне коррелированных помех и шумов неизвестной интенсивности, введены блок взятия модуля, последовательно соединенные первый блок сложения, второй блок сложения, первый фильтр нижних частот и компаратор и последовательно соединенные второй блок вычитания, третий доплеровский фильтр, третий линейный детектор, третий блок вычитания, второй фильтр нижних частот и весовой блок, выход которого соединен с вторым входом компаратора, при этом первый и второй входы второго блока вычитания соединены с выходами первого и второго интеграторов соответственно, первый и второй входы первого блока сложения соединены с выходами первого и второго линейных детекторов соответственно, а выход первого блока вычитания через блок взятия модуля соединен с вторыми входами третьего блока вычитания и второго блока сложения.