RU136191U1 - DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF MONOPULSE RADAR UNDER CONDITIONS OF EXPOSURE OF NOISE INTERFERENCE - Google Patents

Abstract

Устройство повышения углового разрешения амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы, представляющее собой специализированное вычислительное устройство, содержащее последовательно соединенные двухканальный аналого-цифровой преобразователь, процессор обработки сигналов и устройство принятия решения, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обнаружения-разрешения, в состав специализированного вычислительного устройства введены: двухканальный аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами аналоговых радиочастотных каналов суммы и разности приемного устройства радиолокационной станции, а выход его суммарного канала соединен со входом для делимого делительного устройства, выход разностного канала - со входом для делителя делительного устройства, выход делительного устройства соединен со входом фильтра нижних частот и последовательно соединенным с ним первым формирователем модульного значения, выход которого соединен с первым входом вычитающего устройства, а второй вход вычитающего устройства - с выходом формирователя математического ожидания, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя модульного значения, а второй вход, объединенный со вторым входом формирователя среднего квадратического значения, соединен с выходом синхронизатора радиолокационной станции, при этом первый вход формирователя среднего квадратического значения соединен с выходом фильтра нижних частот, выход умножителя, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, соединен со входом второго формирователя модульного значения, выход которого соеди�A device for increasing the angular resolution of the amplitude total-difference monopulse system, which is a specialized computing device containing a series-connected two-channel analog-to-digital converter, a signal processing processor, and a decision-making device, characterized in that, in order to improve the quality of detection-resolution, it is composed of a specialized computing device introduced: two-channel analog-to-digital Converter, the inputs of which are connected to the output the analogue radio-frequency channels of the sum and difference of the receiver of the radar station, and the output of its total channel is connected to the input for the divisible dividing device, the output of the difference channel is connected to the input for the divider of the dividing device, the output of the dividing device is connected to the input of the low-pass filter and connected in series with it the first shaper of modular value, the output of which is connected to the first input of the subtractor, and the second input of the subtractor is connected to the output For mathematical expectation, the first input of which is connected to the output of the first shaper of modular value, and the second input, combined with the second input of the shaper of mean square value, is connected to the output of the synchronizer of the radar station, while the first input of the shaper of mean square value is connected to the output of the low-pass filter, the output of the multiplier, the input of which is connected to the output of the subtractor, is connected to the input of the second shaper of modular value, the output of which is connected

Description

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в моноимпульсных радиолокационных системах с зеркальной антенной или фазированной антенной решеткой, осуществляющих поиск и сопровождение по угловым координатам радиолокационных объектов в условиях воздействия преднамеренных шумовых помех.The proposed device relates to the field of radio engineering and can be used in monopulse radar systems with a mirror antenna or a phased antenna array, searching and tracking along the angular coordinates of radar objects under the influence of intentional noise interference.

Данное устройство позволяет повысить угловую разрешающую способность амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы и обеспечить обнаружение полезного импульсного сигнала в условиях воздействия по главному лепестку диаграммы направленности антенны интенсивной шумовой помехи.This device allows you to increase the angular resolution of the amplitude total-difference monopulse system and to ensure the detection of a useful pulse signal in the conditions of exposure to the main lobe of the antenna radiation pattern of intense noise interference.

Известно [1], что решение задачи разрешения по угловой координате двух равноудаленных объектов может рассматриваться как процедура обнаружения одного из них в условиях мешающего влияния другого. При этом разрешающая способность пеленгатора может быть определена как минимальный угол между направлениями на мешающий и обнаруживаемый с требуемыми показателями качества радиолокационный объект.It is known [1] that the solution of the problem of resolving the angular coordinate of two equidistant objects can be considered as a procedure for detecting one of them under the influence of the other. In this case, the resolving power of the direction finder can be determined as the minimum angle between the directions to the interfering and detectable radar object with the required quality indicators.

Для пеленгатора рассматриваемого типа угловую разрешающую способность принято характеризовать значением минимального угла Δθ_min примерно равного 1,5·θ_0,5P [2]. Здесь θ_0,5P - ширина диаграммы направленности антенны по уровню половинной мощности.For the direction finder of the type under consideration, it is customary to characterize the angular resolution with the value of the minimum angle Δθ _min approximately equal to 1.5 · θ _0.5P [2]. Here θ _0.5P is the width of the antenna radiation pattern at half power level.

Использование устройства, предлагаемого в данной работе, в составе типовой моноимпульсной РЛС, при пеленговании источника импульсного сигнала, маскируемого шумовой помехи другого источника, также находящегося в главном лепестке диаграммы направленности антенны, может обеспечить существенное повышение показателей качества разрешения-обнаружения. В частности, при условии, когда разность угловых координат источников составляет менее ширины луча, а интенсивность помехи значительно превышает интенсивность полезного сигнала, обнаружение его возможно с высокой достоверностью [см. фиг. П. 11 - П. 12]. При этом обеспечивается возможность оценки дальности до источника эхо-сигнала с точностью до элемента разрешения, а также оценка угловых координат обеих источников с погрешностью, зависящей от интенсивности их излучений и взаимного относительного углового положения. При условии нахождения в луче пеленгатора одиночного источника излучения (импульсного сигнала или непрерывной шумовой помехи) устройство (см. фиг. П. 4) обеспечивает значительное уменьшение длительности огибающей принятого колебания по угловой координате. Это позволит обеспечить существенное повышение точности измерения пеленга объекта.The use of the device proposed in this work as part of a typical monopulse radar when direction finding a pulse signal source masked by noise interference from another source, also located in the main lobe of the antenna radiation pattern, can significantly increase the quality of resolution-detection. In particular, provided that the difference in the angular coordinates of the sources is less than the beam width, and the intensity of the interference significantly exceeds the intensity of the useful signal, it can be detected with high reliability [see FIG. P. 11 - P. 12]. At the same time, it is possible to estimate the distance to the source of the echo signal accurate to the resolution element, as well as to estimate the angular coordinates of both sources with an error depending on the intensity of their radiation and the relative relative angular position. Provided that there is a single radiation source (pulse signal or continuous noise interference) in the direction finder beam, the device (see FIG. 4) provides a significant reduction in the duration of the envelope of the received vibration along the angular coordinate. This will provide a significant increase in the accuracy of measuring the bearing of the object.

В предлагаемом устройстве технический эффект достигается за счет дополнительной функциональной обработки выходных радиочастотных сигналов приемника. В частности, за счет оценки параметров флюктуационного процесса, выделяемого путем нормирования сигнала суммарного канала сигналом разностного канала, низкочастотной фильтрации результата и его последующей весовой обработки.In the proposed device, the technical effect is achieved due to additional functional processing of the output radio frequency signals of the receiver. In particular, by evaluating the parameters of the fluctuation process, allocated by normalizing the signal of the total channel by the signal of the difference channel, low-pass filtering of the result and its subsequent weight processing.

Реализация предлагаемой полезной модели не требует существенных конструктивных изменений в аппаратуре типового варианта обзорной моноимпульсной РЛС и сводится к введению в ее состав дополнительного цифрового вычислительного устройства, подключаемого к радиочастотным выходам (на промежуточной частоте) каналов суммы и разности приемника, что не нарушает нормальной работы аппаратуры в штатных режимах.The implementation of the proposed utility model does not require significant structural changes in the equipment of a typical version of the survey monopulse radar and is reduced to the introduction of an additional digital computing device connected to the radio outputs (at an intermediate frequency) of the channels of the sum and difference of the receiver, which does not interfere with the normal operation of the equipment in regular modes.

В настоящее время известен ряд работ, посвященных исследованию устройств, предназначенных для повышения угловой разрешающей способности пеленгаторов при работе по группе источников некогерентного излучения и использующих функциональную обработку принятых сигналов. К их числу относится работа [3, с. 165]. Принцип работы этого устройства основан на формировании оценок корреляционных и взаимных корреляционных функций сигналов, принимаемых многоканальной антенной, и последующем решении систем уравнений, описывающих эти функции.Currently, there are a number of works devoted to the study of devices designed to increase the angular resolution of direction finders when working on a group of incoherent radiation sources and using the functional processing of received signals. Among them is the work [3, p. 165]. The principle of operation of this device is based on the formation of estimates of the correlation and mutual correlation functions of the signals received by the multichannel antenna, and the subsequent solution of systems of equations describing these functions.

Рассмотренные в данной работе варианты решения задачи носят общетеоретический характер и не учитывают многих особенностей их практической реализации. При этом наиболее существенным является то, что предлагаемое связано с необходимостью использования специальной (нетиповой) многоканальной антенной системы. Что в случае практической реализации вызовет трудности в обеспечении идентичности, а также стабильности характеристик приемных каналов [2].The options for solving the problem considered in this paper are of a general theoretical nature and do not take into account many features of their practical implementation. Moreover, the most significant is that the proposed one is associated with the need to use a special (atypical) multi-channel antenna system. That in the case of practical implementation will cause difficulties in ensuring the identity, as well as the stability of the characteristics of the receiving channels [2].

Применительно к группе источников, в частности, когерентного излучения известны способ и структурная схема устройства повышения угловой разрешающей способности моноимпульсной РЛС с использованием принципа стробирования по угловой координате [2, с. 109]. Основным элементом данного измерительного устройства, соответствующим одной плоскости пеленгации, является антенна с двумя рупорными облучателями, формирующими в пространстве две парциальные диаграммы направленности, которые возбуждаются одновременно соответствующими передатчиками, работающими на разнесенных частотах. Для приема отраженных сигналов использованы два приемника. Каждый из них построен по типовой двухканальной (соответственно для суммарного и разностного сигналов) схеме. Благодаря частотному разносу, фазовые детекторы приемных каналов формируют независимые напряжения сигнала угловой ошибки, которые содержат информацию об угловом положении групповой цели. С помощью специально вводимого суммарно-разностного устройства осуществляется формирование результирующего напряжения угловых ошибок. Нулевой сигнал ошибки служит критерием для решения о присутствии в контролируемом пространстве одиночной цели. При наличии в неразрешаемом объеме пространства двух целей равенство нулю сигнала на выходе системы становится невыполнимым. Это является признаком наличия в зоне пеленгования групповой цели [2]. Принятие решения о характере цели осуществляется оператором на основе анализа флюктуации сигнала ошибки, наблюдаемых на экране осциллографа.In relation to a group of sources, in particular, coherent radiation, a method and a block diagram of a device for increasing the angular resolution of a monopulse radar using the principle of gating along an angular coordinate are known [2, p. 109]. The main element of this measuring device, corresponding to one direction-finding plane, is an antenna with two horn irradiators that form in space two partial radiation patterns that are simultaneously excited by respective transmitters operating at separated frequencies. Two receivers were used to receive the reflected signals. Each of them is built according to a typical two-channel (respectively, for the total and difference signals) scheme. Due to the frequency spacing, the phase detectors of the receiving channels generate independent angular error signal voltages that contain information about the angular position of the group target. Using a specially introduced sum-difference device, the resulting voltage of angular errors is generated. A zero error signal serves as a criterion for deciding the presence of a single target in a controlled space. If there are two targets in the unresolvable volume of space, equalization of the signal at the system output becomes zero impossible. This is a sign of the presence of a group target in the direction finding zone [2]. The decision on the nature of the goal is made by the operator based on the analysis of fluctuations of the error signal observed on the oscilloscope screen.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции (необходимость введения в РЛС дополнительного канала приемопередающей аппаратуры), отсутствие четкого количественного критерия обнаружения, а также субъективность оператора в принятии решения. Кроме того, система работоспособна только в следящем режиме, т.к. требует точного совмещения и удержания совмещенными оптической оси антенны и энергетического центра наблюдаемой цели.The disadvantages of this device are the design complexity (the need to introduce an additional channel of transceiver equipment into the radar), the lack of a clear quantitative detection criterion, and the operator’s subjectivity in making decisions. In addition, the system is operational only in tracking mode, as requires precise alignment and keeping aligned the optical axis of the antenna and the energy center of the observed target.

Наиболее близким по методу решения задачи и принципу его реализации является устройство, предложенное в работе [4]. Рассмотренный в ней вариант решения применительно пеленгатору рассматриваемого типа позволяет обеспечить обнаружение на фоне шумовой помехи импульсного сигнала и с точностью до элемента разрешения оценить дальность до его источника.The closest to the method of solving the problem and the principle of its implementation is the device proposed in [4]. The solution option considered in it with respect to the direction finder of the type under consideration allows one to ensure the detection of a pulsed signal against the background of noise interference and to estimate the distance to its source with an accuracy to the resolution element.

Анализ результатов моделирования алгоритма работы данного устройства подтверждает возможность получения высоких показателей качества углового разрешения, что обеспечивается для условий, когда источники сигнала и помехи соизмеримы по интенсивности (q_п≈q_с). Данное условие соответствует и формулировке критерия углового разрешения. Однако на практике весьма актуальным является рассмотрение возможности решения этой задачи в более сложных условиях, в частности, обнаружения слабого сигнала на фоне маскирующего шумового излучения другого, существенно более интенсивного источника.The analysis of the simulation results of the operation algorithm of this device confirms the possibility of obtaining high quality indicators of angular resolution, which is provided for conditions when the signal sources and noise are comparable in intensity (q _p ≈q _s ). This condition also corresponds to the formulation of the angular resolution criterion. However, in practice, it is very relevant to consider the possibility of solving this problem in more complex conditions, in particular, detecting a weak signal against the background of masking noise from another, much more intense source.

Поэтому в качестве основного недостатка алгоритма работы [4] рассматривается снижение его эффективности при q_п≥q_c и невозможность обеспечить разрешение-обнаружение при угловой базе Δθ<1,5·θ_0,5P когда интенсивность помехи заметно превышает интенсивность импульсного эхо-сигнала (в частности, на порядок и более).Therefore, the main drawback of the algorithm of [4] is the decrease in its efficiency at q _p ≥q _c and the inability to provide resolution-detection at an angular base Δθ <1.5 · θ _0.5P when the interference intensity noticeably exceeds the intensity of the pulse echo signal ( in particular, an order of magnitude or more).

Кроме того, недостатком является и потребность в априорной информации об интенсивности помехи для адаптации порогового уровня обнаружения в условиях нестационарности помехи.In addition, the disadvantage is the need for a priori information about the intensity of the interference to adapt the threshold level of detection under conditions of non-stationary interference.

Основной целью предполагаемого изобретения является совершенствование алгоритма работы [4] путем повышения показателей качества разрешения-обнаружения амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы в условиях воздействия на нее шумовой помехи по интенсивности существенно превышающей сигнал (на 10 дБ и более), снижения зависимости показателей эффективности обнаружения от интенсивности помехи и обеспечения условий для повышения точности измерения дальности и пеленга источника сигнала.The main objective of the proposed invention is to improve the algorithm of work [4] by increasing the quality of resolution-detection of the amplitude total-difference monopulse system under the influence of noise on it with an intensity significantly exceeding the signal (by 10 dB or more), reducing the dependence of detection efficiency on interference intensity and providing conditions for improving the accuracy of measuring the range and bearing of the signal source.

Решение этой задачи позволит, в конечном итоге, повысить информативность и объективность анализа результатов радиолокационного наблюдения и создать условия более эффективного функционирования РЛС в условиях сложной помеховой обстановки.The solution to this problem will ultimately increase the information content and objectivity of the analysis of the results of radar surveillance and create the conditions for a more effective functioning of the radar in difficult interference conditions.

В рассматриваемой полезной модели указанная цель достигается тем, что в приемное устройство типовой амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы (см. рис. 4.7 в [2, с. 75]), содержащее штатные элементы: антенну (1) с суммарно-разностным преобразователем, использующим волноводный мост (2), формирующим два выходных сигнала (суммы Σ и разности Δ), два смесителя (3, 4) и общий гетеродин (5), два согласованных фильтра (6, 7), два усилителя промежуточной частоты (8, 9), квадратичный фазовый детектор (10), формирующий сигнал угловой ошибки, используемый блоком формирования

(11), квадратичный амплитудный детектор (12), выделяющий огибающую суммарного сигнала, блок формирования оценки квадрата огибающей канала суммы

и оценки времени запаздывания сигнала

(13) для определения дальности до цели, устройство деления (14) для выделения оценки

нормированного значения сигнала угловой ошибки дополнительно введено специализированное вычислительное устройство, содержащее двух канальный аналого-цифровой преобразователь (15) и собственно само вычислительное устройство, в составе которого условно можно выделить элементы: процессор обработки сигналов (16) и устройство принятия решения (17). На входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) поступают радиочастотные сигналы с выхода усилителя промежуточной частоты (УПЧ) каналов суммы и разности. АЦП осуществляет преобразование входных сигналов в соответствующие цифровые двоичные коды, которые затем используются в вычислительном устройстве (16, 17) согласно разработанному алгоритму.In the utility model under consideration, this goal is achieved by the fact that in the receiver a typical amplitude total-difference monopulse system (see Fig. 4.7 in [2, p. 75]) containing standard elements: an antenna (1) with a total-difference converter, using a waveguide bridge (2), generating two output signals (sums Σ and differences Δ), two mixers (3, 4) and a common local oscillator (5), two matched filters (6, 7), two amplifiers of intermediate frequency (8, 9 ), a quadratic phase detector (10), generating an angular error signal used by eye of formation

(11), a quadratic amplitude detector (12), which selects the envelope of the total signal, the unit for estimating the square of the envelope of the channel of the sum

and estimates of the delay time of the signal

(13) to determine the distance to the target, the division device (14) to highlight the assessment

The normalized value of the angular error signal is additionally introduced a specialized computing device containing two channel analog-to-digital converter (15) and the computing device itself, which can conditionally distinguish elements: a signal processing processor (16) and a decision-making device (17). The inputs of the analog-to-digital converter (ADC) receive radio frequency signals from the output of the intermediate frequency amplifier (IFA) of the sum and difference channels. The ADC converts the input signals into the corresponding digital binary codes, which are then used in the computing device (16, 17) according to the developed algorithm.

Структурная схема, поясняющая место предлагаемого устройства в составе амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы, и связи ее с устройством приведены на фиг. П. 1. Структурная схема специализированного вычислительного устройства (СВУ), реализующего алгоритм обработки принятых сигналов, показана на фиг. П. 2.A block diagram explaining the location of the proposed device as part of the amplitude total-difference monopulse system, and its connection with the device are shown in FIG. P. 1. A block diagram of a specialized computing device (VCA) that implements an algorithm for processing received signals is shown in FIG. P. 2.

Это устройство содержит двух канальный аналогово-цифровой преобразователь - 15, устройство принятия решения (УПР) - 17, процессор обработки сигналов - 16, а в его составе: делительное устройство - 18, фильтр нижних частот (ФНЧ) - 19, первый формирователь модульного значения - 20, вычитающее устройство - 21, формирователь математического ожидания m_z - 22, умножитель - 23, формирователь среднего квадратического значения σ_z - 24, второй формирователь модульного значения - 25, сумматор - 26, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - 27; формирователь оценок θ_c, t_з и θ_п - 28.This device contains two channel analog-to-digital converter - 15, decision-making device (UPR) - 17, signal processing processor - 16, and it includes: dividing device - 18, low-pass filter (LPF) - 19, first shaper of modular value - 20, a subtracting device - 21, a shaper of mathematical expectation m _z - 22, a multiplier - 23, a shaper of mean square value σ _z - 24, a second shaper of modular value - 25, an adder - 26, and random access memory (RAM) - 27; shaper of estimates θ _c , t _s and θ _p - 28.

В сравнении со структурной схемой устройства, реализующего алгоритм работы [4], в схеме ПОС данного устройства имеются следующие основные отличия:In comparison with the block diagram of a device that implements the algorithm of work [4], the POS scheme of this device has the following main differences:

- удалены устройство перемножения аналоговых процессов

и

, квадратичный амплитудный детектор формирования

, а также устройство дискретизации;- removed the device for multiplication of analog processes

and

, quadratic amplitude shaping detector

as well as a sampling device;

- введены дополнительно вычитающее устройство и формирователь математического ожидания (m_z), умножитель и формирователь среднего квадратического значения (σ_z), второй формирователь модульного значения.- introduced an additional subtracting device and a shaper of mathematical expectation (m _z ), a multiplier and a shaper of the mean square value (σ _z ), and a second shaper of a modular value.

Связи между оставшимися и вновь введенными элементами соответствуют показанному на фиг. П. 2.The connections between the remaining and newly introduced elements correspond to those shown in FIG. P. 2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

В процессе обзора пространства антенная система РЛС осуществляет линейное перемещение луча. В секторе обзора под прикрытием непрерывной шумовой помехи находится маскируемый (не наблюдаемый на ее фоне), подлежащий обнаружению источник импульсного эхо-сигнала. Угловое расстояние между источниками (помехи и сигнала) не превышает ширину луча антенны θ_0,5P по уровню половинной мощности. Полагается, что по результатам обзора, реализуемого в штатном режиме, определен пеленг источника помехи. Тогда для уточнения помеховой обстановки в луче и обнаружения источника импульсного сигнала используется предлагаемое устройство.In the process of viewing the space, the radar antenna system performs linear beam movement. In the field of view, under the cover of continuous noise interference, there is a masked (not observed against its background) source of a pulsed echo signal to be detected. The angular distance between the sources (interference and signal) does not exceed the beam width of the antenna θ _0.5P in terms of half power. It is believed that according to the results of the review, implemented in normal mode, the bearing of the interference source is determined. Then, to clarify the noise environment in the beam and detect the source of the pulse signal, the proposed device is used.

С этой целью луч антенны в секторе, биссектриса которого соответствует пеленгу источника помехи, скачкообразно перемещается с дискретностью Δθ_д (Δθ_д<<θ_0,5P). Размер сектора дополнительного обзора Δθ_обз целесообразно выбирать не превышающим угловой размер элемента разрешения РЛС (т.е. Δθ_обз≤θ_0,5P).To this end, the antenna beam in the sector, the bisector of which corresponds to the bearing of the interfering source, jumps in steps with discreteness Δθ _d (Δθ _d << θ _0,5P ). _{It is} advisable to choose the sector size of the additional review Δθ _obz not to exceed the angular size of the radar resolution element (i.e., Δθ _obz ≤θ _0.5P ).

При каждом фиксированном угловом положении луча пеленгатор излучает последовательность из n радиоимпульсов (модель в виде последовательности прямоугольных без внутриимпульсной модуляции радиоимпульсов) и осуществляет согласованный прием эхо-сигнала.For each fixed angular position of the beam, the direction finder emits a sequence of n radio pulses (a model in the form of a rectangular sequence without intrapulse modulation of the radio pulses) and performs a consistent reception of the echo signal.

Получаемые на выходе тракта промежуточной частоты каналов суммы и разности приемника процессы y_Σ(t) и y_Δ(t) являются аддитивной смесью сигнала, помехи и внутреннего шума. При этом помеха и шум приемника представляют собой узкополосные нормальные случайные процессы на частоте f_0пч (f_0пч - среднее значение частоты полосы пропускания приемника на промежуточной частоте). Эти процессы одновременно поступают на элементы штатной части аппаратуры приемника - квадратичный амплитудный детектор (АД) и квадратичный фазовый детектор (ФД), а также на вход специализированного вычислительного устройства (см. фиг. П. 1 и П. 2).The processes y _Σ (t) and y _Δ (t) obtained at the output of the path of the intermediate frequency of the channels of the receiver are an additive mixture of signal, noise, and internal noise. In this case, the interference and noise of the receiver are narrow-band normal random processes at a frequency f _0pc (f _0pc is the average value of the frequency of the passband of the receiver at an intermediate frequency). These processes simultaneously arrive at the elements of the standard part of the receiver equipment — a quadratic amplitude detector (HELL) and a quadratic phase detector (PD), as well as at the input of a specialized computing device (see FIG. 1 and 2).

Двух канальный аналогово-цифровой преобразователь (15) на интервале времени равном периоду повторения Т_п из аналоговых сигналов y_Σ(t) и y_Δ(t) формирует последовательности дискретных отсчетов комплексных амплитуд в виде одномерных массивов (вектор-столбцов)

и

соответственно. Делительное устройство (18) осуществляет операцию нормирования путем выполнения поэлементного деления

и формирования сигнала в виде вектора-столбца

. Процесс

подвергается низкочастотной фильтрации с помощью фильтра нижних частот (19). Постоянная времени фильтра (ФНЧ) согласована с длительностью импульсного сигнала.A two-channel analog-to-digital converter (15) at a time interval equal to the repetition period T _p from the analog signals y _Σ (t) and y _Δ (t) forms a sequence of discrete samples of complex amplitudes in the form of one-dimensional arrays (column vectors)

and

respectively. The dividing device (18) carries out the normalization operation by performing element-wise division

and generating a signal as a column vector

. Process

subjected to low-pass filtering using a low-pass filter (19). The filter time constant (LPF) is consistent with the duration of the pulse signal.

После фильтрации массив

поступает на первый формирователь модульного значения (20) для формирования однополярного случайного процесса

. Далее флюктуационный процесс

последовательно подвергается операциям центрирования на вычитающем устройстве (21), а затем нормирования на умножителе (23). Для этого на участке интервала времени Т_п, где априорно в реализации y_Σ(t) отсутствует эхо-сигнал (обеспечивается выбором временного положения импульсного сигнала - строб "r") формирователи математического ожидания (22) и среднего квадратического значения (24) вычисляют оценки среднего m_z и среднего квадратического σ_z значений процессов

и

соответственно. Затем второй формирователь модульного значения (25) выделяет огибающую полученного нормированного центрированного процесса α.After filtering the array

enters the first shaper of modular value (20) to form a unipolar random process

. Further fluctuation process

sequentially subjected to centering operations on the subtractor (21), and then normalization on the multiplier (23). To do this, in the interval of the time interval T _p , where a priori there is no echo signal in the implementation of y _Σ (t) (it is provided by choosing the temporary position of the pulse signal - strobe "r"), the mathematical expectants (22) and the mean square value (24) calculate the estimates the average m _z and the mean square σ _z values of the processes

and

respectively. Then, the second modulator of modular value (25) selects the envelope of the obtained normalized centered process α.

Таким образом, на каждом текущем временном интервале времени Т_п формируется вектор-столбец дискретных значений параметра α.Thus, at each current time interval T _p , a column vector of discrete values of the parameter α is formed.

С помощью сумматора (26) и оперативного запоминающего устройства (27) на интервале времени наблюдения Т_н равном n·Т_п формируется усредненное по n реализациям значение дискретного процесса

, длительность которого соответствует исследуемому диапазону дальности для каждого фиксированного углового положения равносигнального направления (РСН) антенны.Using the adder (26) and random access memory (27) on the observation time interval T _n equal to n · T _{p the} value of the discrete process averaged over n realizations is formed

, the duration of which corresponds to the investigated range of the range for each fixed angular position of the equal signal direction (RSN) of the antenna.

Полученная реализация процесса

поступает на устройство (17) для принятия решения о результатах наблюдения, а также на формирователь оценок θ_c, θ_п - угловых координат источников излучения и t_з - времени запаздывания эхо-сигнала (28).The resulting implementation of the process

arrives at the device (17) for deciding on the results of the observation, as well as on the estimator θ _c , θ _p - angular coordinates of the radiation sources and t _s - delay time of the echo signal (28).

Таким образом, решение о наличии или отсутствии источника эхо-сигнала в контролируемом направлении принимается по результатам сравнения оценки текущей реализации процесса

с пороговым уровнем U_пор УПР (17).Thus, the decision on the presence or absence of an echo source in a controlled direction is made by comparing the estimates of the current process implementation

with a threshold level U _then UPR (17).

В простейшем случае при аналоговом варианте реализации устройство принятия решения (17) может быть выполнено с использованием типового осциллографического индикатора с растровой разверткой луча и яркостной отметкой сигналов. При этом условии результат совместной обработки n реализации α при формировании усредненного процесса

, выполняемой в схеме фиг. П. 2 элементами 26 и 27, может быть заменен накоплением на индикаторе за счет эффекта послесвечения экрана.In the simplest case, with the analog embodiment, the decision-making device (17) can be performed using a typical oscillographic indicator with a raster scan of the beam and the brightness marking of the signals. Under this condition, the result of joint processing of n implementation α in the formation of the averaged process

performed in the circuit of FIG. Item 2 with elements 26 and 27, can be replaced by accumulation on the indicator due to the effect of the afterglow of the screen.

Это позволит непосредственно по экрану в координатах «дальность-угол» («r-θ») по совокупности отметок в смежных угловых направлениях оценивать результаты радиолокационного наблюдения, т.е. принимать решение об обнаружении эхо-сигнала, а также определять оценки параметров, характеризующих местоположение его источника.This will allow directly evaluating the results of radar observations directly on the screen in the coordinates “range-angle” (“r-θ”) using the totality of marks in adjacent angular directions, i.e. make a decision on the detection of an echo signal, as well as determine estimates of parameters characterizing the location of its source.

Примеры вариантов вида экрана подобного индикатора для наиболее характерных условий исследования алгоритма приведены в приложении (см. фиг. П. 15 - П. 19).Examples of screen displays of a similar indicator for the most characteristic conditions of the research algorithm are given in the appendix (see Fig. P. 15 - P. 19).

Описание алгоритма обработки сигналовDescription of the signal processing algorithm

Двухканальная амплитудная суммарно-разностная моноимпульсная система в заданном секторе плоскости пеленгации осуществляет программный обзор пространства. Полается, что в контролируемом секторе находится группа из двух независимых источников излучения: источника импульсного эхо-сигнала (модель одиночного прямоугольного радиоимпульса без внутриимпульсной модуляции со случайными амплитудой и начальной фазой) и источника мешающего сигнала -постановщика маскирующей шумовой помехи (модель непрерывного белого гауссова шума). Источники излучения полагаются точечными. Явление возможного взаимного переизлучения не учитывается. Относительное угловое положение источников характеризуется угловой базой

, величина которой не превышает ширину луча антенны θ_0,5P (см. фиг. П. 3).A two-channel amplitude total-difference monopulse system in a given sector of the direction-finding plane provides a programmatic review of space. It turns out that in the controlled sector there is a group of two independent radiation sources: a source of a pulsed echo signal (a model of a single rectangular radio pulse without intrapulse modulation with random amplitude and initial phase) and a source of an interfering signal that sets up masking noise interference (a model of continuous white Gaussian noise) . Radiation sources are assumed to be point sources. The phenomenon of possible mutual re-emission is not taken into account. The relative angular position of the sources is characterized by the angular base

, the value of which does not exceed the beam width of the antenna θ _0,5P (see Fig. P. 3).

Прием сигнала осуществляется на фоне шумовой помехи и внутреннего шума каналов с помощью типового приемного устройства, описанного в известной монографии [2, рис. 4.7, фиг. П. 1]. Предполагается, что дополнительное специализированное вычислительное устройство (СВУ, фиг. П. 2), реализующее исследуемый алгоритм, подключено непосредственно к выходам УПЧ суммарного и разностного каналов. В его составе последовательно соединены: двух канальный АЦП - аналого-цифровой преобразователь, ПОС - процессор обработки сигналов, УПР - устройство принятия решения об обнаружении сигнала.The signal is received against the background of noise interference and internal channel noise using a typical receiving device described in a well-known monograph [2, Fig. 4.7, FIG. P. 1]. It is assumed that an additional specialized computing device (VCA, Fig. P. 2) that implements the algorithm under study is connected directly to the outputs of the IFA of the total and difference channels. In its composition are connected in series: two channel ADCs - an analog-to-digital converter, POS - a signal processor, UPR - a decision-making device for detecting a signal.

Предполагается, что пеленгатор использует антенную решетку с электронным перемещением луча в плоскости пеленгации. Ширина диаграммы направленности парциального канала антенны по уровню половинной мощности соответствует θ_0,5P. В процессе поиска луч скачкообразно с шагом Δθ_д перемещается в секторе обзора Δθ_обз. На интервале времени наблюдения угловые положения источников (θ_c, θ_п) в луче радиолокатора, задаваемые относительно биссектрисы сектора обзора, полагаются неизменными. При каждом фиксированном положении луча пеленгатор излучает последовательность из n радиоимпульсов с частотой повторения F_п=1/T_п, T_п≥t_{з max}. При этом обеспечивается статистическая независимость параметров помехи и внутреннего шума в двух смежных интервалах наблюдения Т_п (реализациях).It is assumed that the direction finder uses an antenna array with electronic beam movement in the direction finding plane. The beam width of the partial channel of the antenna at the half power level corresponds to θ _0.5P . In the search process, the beam jumps stepwise with a step Δθ _d in the viewing sector Δθ _obr . On the observation time interval, the angular positions of the sources (θ _c , θ _p ) in the radar beam, set relative to the bisector of the viewing sector, are assumed to be unchanged. At each fixed position of the beam, the direction finder emits a sequence of n radio pulses with a repetition rate F _p = 1 / T _p , T _p ≥t _{s max} . This ensures statistical independence of the interference and internal noise parameters in two adjacent observation intervals T _p (implementations).

Полагается, что результирующее колебание на выходе УПЧ приемника представляет собой наложение сигнала, помехи и внутреннего шума.It is believed that the resulting oscillation at the output of the IF amplifier is an overlap of the signal, interference, and internal noise.

В каналах приемника с помощью квазиоптимального (в частности, гауссовского) фильтра осуществляется фильтрация сигнала в полосе частот Δf (Δf/f_0пч<<1, f_0пч - среднее значение частоты полосы пропускания каналов приемника на промежуточной частоте).In the receiver channels, using a quasi-optimal (in particular, Gaussian) filter, the signal is filtered in the frequency band Δf (Δf / f _0pc << 1, f _0pc is the average value of the frequency bandwidth of the receiver channels at an intermediate frequency).

В результате помеха и шумы каналов на входе устройства дополнительной обработки (СВУ) представляют собой узкополосные нормальные случайные процессы с нулевым средним. На интервале времени наблюдения они удовлетворяют условиям стационарности и эргодичности. Параметры, характеризующие интенсивность помехи q_п=N_п/N_ш и полезного сигнала q_c=E_c/N_ш, соответствуют условию, когда источники излучения находятся на равносигнальном направлении (РСН) антенны. Здесь E_с, N_п, N_ш - энергия сигнала и спектральная плотность помехи и внутреннего шума (оценивались на выходе УПЧ суммарного канала).As a result, the interference and noise of the channels at the input of the additional processing device (VCA) are narrow-band normal random processes with zero mean. On the observation time interval, they satisfy the conditions of stationarity and ergodicity. The parameters characterizing the intensity of the interference q _p = N _p / N _w and the useful signal q _c = E _c / N _w correspond to the condition when the radiation sources are in the equal signal direction (RSN) of the antenna. Here E _c , N _p , N _W - signal energy and spectral density of interference and internal noise (evaluated at the output of the IF amplifier of the total channel).

В процессе наблюдения на интервале времени Т_п в моменты времени t_i, где значения t_i - удовлетворяют условиюDuring the observation on the time interval T _p at time t _i , where the values of t _i - satisfy the condition

t₀, t₁, … t_i … t_I, т.e. i=0, 1, …, I, а параметр

аналогово-цифровой преобразователь СВУ (см. фиг. П. 2, элемент 15) формирует дискретные отсчеты текущих значений выходных процессов y_Σ(t) и y_Δ(t) каналов приемного устройства в виде двух одномерных массивов из I комплексных значений

и

соответственно. Здесь в (1) Т_н - интервал времени наблюдения, определяемый как n·T_п (n - количество импульсов в последовательности излучаемого сигнала для фиксированного углового направления); F_д=1/Δt - частота дискретизации.t ₀ , t ₁ , ... t _i ... t _I , i.e. i = 0, 1, ..., I, and the parameter

the analog-to-digital converter of the VCA (see Fig. Clause 2, element 15) generates discrete samples of the current values of the output processes y _Σ (t) and y _Δ (t) of the channels of the receiving device in the form of two one-dimensional arrays of I complex values

and

respectively. Here in (1) T _n is the observation time interval, defined as n · T _p (n is the number of pulses in the sequence of the emitted signal for a fixed angular direction); F _d = 1 / Δt is the sampling frequency.

На k-ом (k=1, …, n) временном интервале протяженностью Т_п в результате нормирования (операции деления) дискретных отсчетов процесса суммарного канала

дискретными отсчетами процесса разностного канала

и последующей фильтрации в ФНЧ формируется низкочастотный флюктуационный процессOn the k-th (k = 1, ..., n) time interval of length T _p as a result of normalization (division operation) of discrete samples of the total channel process

discrete samples of the difference channel process

and subsequent filtering in the low-pass filter, a low-frequency fluctuation process is formed

где

Where

Здесь

- условный символ, означающий реализацию фильтрации комплексного процесса

путем вычисления дискретной свертки вектор-столбцов

и

;

- импульсная характеристика ФНЧ;

- вектор-столбец дискретных комплексных значений амплитуды процесса в суммарном (разностном) канале;

- условный символ, означающий операцию формирования вектор-столбца, элементы которого определены как частное от деления одноименных элементов вектор-столбцов

и

.Here

- a conditional symbol meaning the implementation of the filtration of a complex process

by computing discrete convolution of column vectors

and

;

- impulse response of the low-pass filter;

- a column vector of discrete complex values of the process amplitude in the total (difference) channel;

- a conditional symbol meaning the operation of forming a column vector, the elements of which are defined as the quotient of the division of the same elements of the vector columns

and

.

Временно индекс k, означающий принадлежность дискретных отсчетов процесса k-му интервалу Т_п, опустим с тем, чтобы не усложнять запись выражений.Temporarily, the index k, which means that the discrete samples of the process belong to the kth interval T _p , will be omitted so as not to complicate the recording of expressions.

В выражении (2) отношение

несет информацию о текущем мгновенном (на момент t_i) значении параметра, обратного значению относительного пеленга источника излучения. Во временной области на текущем интервале Т_п отношение

на выходе делителя ПОС соответствует независимой реализации случайного процесса. Полезная информативная составляющая этого процесса содержится во флюктуациях его огибающей. Для выделения этой информативной составляющей данный процесс подвергается низкочастотной фильтрации. Значение постоянной времени фильтра (3) выбрано согласованным с длительностью принимаемого импульсного сигнала (1/f₀<<τ_ф≤τ_и).In expression (2), the ratio

carries information about the current instantaneous (at time t _i ) value of the parameter inverse to the value of the relative bearing of the radiation source. In the time domain in the current interval T _{p the} ratio

the output of the PIC divider corresponds to an independent implementation of a random process. A useful informative component of this process is contained in the fluctuations of its envelope. To highlight this informative component, this process is subjected to low-pass filtering. The value of the filter time constant (3) is chosen consistent with the duration of the received pulse signal (1 / f ₀ << τ _f ≤τ _and ).

Первый формирователь модульного значения (20) на временном интервале Т_п выделяет процесс

. Далее для формирования реализации процесса α_k алгоритмом на элементах (21) и (23) последовательно выполняется центрирование, а затем и нормирование дискретного случайного процесса

. Эти преобразования соответствуют выражениюThe first shaper of modular value (20) on the time interval T _p selects the process

. Then, to form the implementation of the process α _{k, the} algorithm on the elements (21) and (23) sequentially performs centering and then normalization of the discrete random process

. These transformations correspond to the expression

где m_z, σ_z - оценки математического ожидания и среднего квадратического значений для реализации процессов

и

соответственно, формируемых элементами (22) и (24) в пределах той части временного интервала Т_п, где априорно полезный импульсный сигнал отсутствует. Следовательно, в формировании оценок m_z, σ_z участвуют либо «помеха + внутренний шум», либо только «внутренний шум». Для этого с синхронизатора РЛС на формирователи m_z, σ_z поступает импульсный сигнал - строб «r», временное положение которого обеспечивает указанное условие.where m _z , σ _z are the estimates of the mathematical expectation and the mean square value for the implementation of the processes

and

respectively, formed by elements (22) and (24) within that part of the time interval T _p where a priori useful pulse signal is absent. Therefore, either “interference + internal noise” or only “internal noise” is involved in the formation of estimates of m _z , σ _z . To do this, from the radar synchronizer to the shapers m _z , σ _z receives a pulse signal - strobe "r", the temporary position of which provides the specified condition.

Центрирование

реализуется операции алгебраического суммирования на вычитающем устройстве (21), а процедура нормирования - путем умножения результата центрирования на 1/σ_z с помощью умножителя (23). В результате - на выходе умножителя формируется нормированное значение реализации флюктуационного процесса, интенсивность которого на интервале в пределах каждого элемента разрешения по времени запаздывания содержит информацию, используемую для формирования параметра обнаружения - α_k. С целью получения оценки данного параметра использован второй формирователь модульного значения (25).Centering

algebraic summation operations are carried out on a subtractor (21), and the normalization procedure is performed by multiplying the centering result by 1 / σ _z using the multiplier (23). As a result, the normalized value of the fluctuation process implementation is formed at the output of the multiplier, the intensity of which, within the interval within each resolution element, by the delay time, contains information used to form the detection parameter α _k . In order to obtain an estimate of this parameter, a second shaper of modular value was used (25).

Для формирования статистически усредненного выходного процесса

(по n реализациям на интервале Т_н) ПОС с помощью специального устройства в составе сумматора (26) и ОЗУ (27) осуществляет последовательное накопление текущих значений реализации α_k.To form a statistically averaged output process

(for n realizations on the interval T _n ) PIC using a special device as part of the adder (26) and RAM (27) sequentially accumulates the current values of the implementation α _k .

Данная операция осуществляется путем поэлементного суммирования сумматором реализации α_k и последующего сохранения каждого полученного дискретного отсчета в памяти запоминающего устройства. В итоге эта процедура выполняется согласно выражениюThis operation is carried out by elementwise summation by the adder of implementation α _k and then storing each received discrete readout in the memory of the storage device. As a result, this procedure is performed according to the expression

Полученная реализация процесса

поступает затем на устройство принятия решения (17) о результатах радиолокационного наблюдения, а также на формирователь оценок θ_с, t_з и θ_п (28) для измерения параметров местоположения источников излучения.The resulting implementation of the process

then it arrives at the decision making device (17) about the results of radar observation, as well as at the estimator θ _c , t _s and θ _p (28) for measuring the location parameters of the radiation sources.

Для фиксированного углового направления решение о наличии или отсутствии эхо-сигнала в каждом контролируемом элементе разрешения по времени запаздывания принимается устройством принятия решения путем сравнения текущего значения процесса

с пороговым уровнем U_пop, сформированным согласно критерию Неймана-Пирсона.For a fixed angular direction, the decision about the presence or absence of an echo signal in each controlled element of the resolution of the delay time is made by the decision-making device by comparing the current value of the process

with a threshold level U _pop formed according to the Neumann-Pearson criterion.

Таким образом, в процессе обзора углового сектора Δθ_обз в соответствии с рассмотренным алгоритмом модель ПОС формирует оценку результатов наблюдения в виде реализации процесса

, являющейся функцией двух переменных

. Здесь t_з - значение текущего времени запаздывания, θ - текущее угловое положение РСН антенны в секторе обзора.Thus, in the process of reviewing the angular sector, Δθ _obz in accordance with the considered algorithm, the PIC model generates an assessment of the observation results in the form of a process

, which is a function of two variables

. Here t _z is the value of the current delay time, θ is the current angular position of the RSN antenna in the viewing sector.

С физической точки зрения выходной результат обработки сигналов, представляемый в виде функции

, может интерпретироваться как двумерный, в частности, дальномерно-угломерный рельеф.From a physical point of view, the output signal processing result, represented as a function

, can be interpreted as a two-dimensional, in particular, rangefinder-goniometric relief.

Результаты статистического исследования модели алгоритма и оценка показателей эффективностиResults of a statistical study of an algorithm model and evaluation of performance indicators

Результаты статистического исследования модели алгоритма обработки сигналов получены методом имитационного моделирования на ЭВМ с использованием математической системы Matlab версии 7.9.0.The results of a statistical study of the model of the signal processing algorithm were obtained by computer simulation using the mathematical system Matlab version 7.9.0.

В ходе исследования в качестве основных были использованы следующие значения параметров модели:During the study, the following model parameter values were used as the main ones:

- средняя частота полосы пропускания УПЧ приемного устройства - f_0пч=5·10⁴ Гц;- the average frequency of the passband of the amplifier of the receiving device - f _0PC = 5 · 10 ⁴ Hz;

- полоса пропускания приемного устройства - Δf≈3,6·10³ Гц;- bandwidth of the receiving device - Δf≈3.6 · 10 ³ Hz;

- частота дискретизации сигналов - f_д≈5·10⁵ Гц;- sampling frequency of the signals - f _d ≈5 · 10 ⁵ Hz;

- длительность прямоугольного радиоимпульса эхо-сигнала - τ_и=0,2 мс;- the duration of the rectangular radio pulse of the echo signal is τ _and = 0.2 ms;

- время задержки радиоимпульса эхо-сигнала - t_зс=2,0 мс;- delay time of the radio pulse of the echo signal - t _ss = 2.0 ms;

- время задержки сигнала в приемном устройстве (параметр квазиоптимального фильтра) - t_зф=0,3 мс;- signal delay time in the receiving device (parameter of a quasi- _optimal filter) - t _sf = 0.3 ms;

- интервал времени наблюдения принятого колебания для одной реализации (при n=1) - Т_н=Т_п=3,2 мс;- the observation time interval of the received oscillation for one implementation (for n = 1) - T _n = T _p = 3.2 ms;

- время задержки импульса «Строб r» - t_{з cтp}=0,2 мс;- pulse delay time "Strobe r" - t _{s ctp} = 0.2 ms;

- длительность импульса «Строб r» - τ_стр=0,4 мс;- pulse duration "Strobe r" - τ _p = 0.4 ms;

- интенсивности собственных шумов приемных каналов одинаковы -

;- intensities of own noise of receiving channels are the same -

;

- ширина главного лепестка диаграммы направленности парциального канала антенны - θ_0.5P=20°;- the width of the main lobe of the radiation pattern of the partial channel of the antenna - θ _0.5P = 20 °;

- размер сектора обзора - Δθ_обз=60° (или ±30° относительно биссектрисы);- the size of the sector of the review - Δθ _obz = 60 ° (or ± 30 ° relative to the bisector);

- размер углового дискрета - Δθ_д=0,5°.- the size of the angular discrete - Δθ _d = 0.5 °.

Результаты статистического исследования модели алгоритма работы предлагаемого устройства приведены в приложении.The results of a statistical study of the model of the algorithm of the proposed device are given in the appendix.

Графики нормированного (нормированного к максимальному значению) пеленгационного рельефа

для контрольного элемента разрешения по времени запаздывания, соответствующего фиксированному значению времени задержки t_з=t_зc+t_зф=2,3 мс, показаны на фиг. П. 4. Эти графики получены для случая, когда в луче пеленгатора находится одиночный источник излучения: слева - источник непрерывной шумовой помехи, справа - источник импульсного сигнала.Graphs of normalized (normalized to the maximum value) direction-finding relief

for a delay resolution time control element corresponding to a fixed value of the delay time t _s = t _ss + t _sf = 2.3 ms, are shown in FIG. P. 4. These graphs are obtained for the case when a single radiation source is in the direction finder beam: on the left is a source of continuous noise interference, on the right is a pulse signal source.

Графики

для случая, когда в секторе обзора одновременно находятся оба источника (сигнала и помехи) и они традиционными методами не разрешаются, представлены на фиг. П. 5. Эти графики для указанных условий позволяют получить оценки углового положения раздельно для каждого из источников излучения.Graphs

for the case when both sources (signal and interference) are simultaneously located in the field of view and they are not resolved by traditional methods, are presented in FIG. P. 5. These graphs for the indicated conditions make it possible to obtain estimates of the angular position separately for each of the radiation sources.

На фиг. П. 6, для примера, при условии, когда в луче антенны находятся оба источника излучения (q_c=50 дБ, q_п=45 дБ) и угловая база соответствует Δθ=0,2θ_0,5P, а n=10², в координатах «угол-время запаздывания» показан вид нормированного двумерного рельефа -

. С целью наглядности рельеф показан для двух ракурсов. Здесь, на этом рисунке, то, что напоминает своеобразный «забор» - соответствует рельефу источника помехи, а отдельно стоящий пик - рельефу источника сигнала.In FIG. Section 6, for example, provided that both radiation sources are located in the antenna beam (q _c = 50 dB, q _p = 45 dB) and the angular base corresponds to Δθ = 0.2θ _0.5P , and n = 10 ² , in the coordinates of the "angle-time delay" shows the type of normalized two-dimensional relief -

. For clarity, the relief is shown for two angles. Here, in this figure, what resembles a kind of “fence” - corresponds to the relief of the source of interference, and a separate peak - to the relief of the signal source.

При тех же условиях, но для случая одиночного источника излучения, в частности, источника помехи, вид двумерного рельефа показан на фиг. П. 7. Слева - формируемый на выходе амплитудного детектора канала суммы приемника (см. фиг. П. 1, элемент 12), справа - на выходе модели ПОС (см. там же, элемент 16).Under the same conditions, but for the case of a single radiation source, in particular, an interference source, a two-dimensional relief is shown in FIG. P. 7. On the left is the receiver sum formed at the output of the amplitude detector of the channel (see Fig. P. 1, element 12), on the right, at the output of the PIC model (see ibid., Element 16).

На фиг. П. 8 для тех же контрольных точек структурной схемы фиг. П. 1 показан рельеф

для одиночного источника импульсного сигнала.In FIG. Item 8 for the same control points of the structural diagram of FIG. Section 1 shows the relief

for a single pulse source.

Следует заметить, что приведенные выше результаты исследования получены для условия, когда множитель 1/σ_z в выражении (3) зафиксирован и равен 1, что соответствует алгоритму обработки сигналов работы [4].It should be noted that the above research results were obtained for the condition when the factor 1 / σ _z in expression (3) is fixed and equal to 1, which corresponds to the signal processing algorithm of [4].

Анализ этих результатов свидетельствует о том, решение задачи обнаружения-разрешения с приемлемыми для практики показателями качества возможно лишь при выполнении условий, когда q_п≈q_с и q_с>>1, q_п>>1, т.е. когда интенсивности помехи и сигнала отличаются не значительно. В противном случае, в частности, при q_п>q_с и тех же значениях угловой базы Δθ показатели обнаружения заметно снижаются.An analysis of these results indicates that the solution to the detection-resolution problem with acceptable quality indicators is possible only if the conditions are met when q _p ≈q _s and q _s >> 1, q _p >> 1, i.e. when the interference and signal intensities are not significantly different. Otherwise, in particular, for q _p > q _s and the same values of the angular base Δθ, the detection indices noticeably decrease.

Как показали исследования, дополнительная весовая обработка, реализуемая элементом 23 (см. фиг. П. 2) путем нормирования угловых флюктуации параметром 1/σ_zk - позволяет заметно снизить влияние интенсивности помехи на качество обнаружения сигнала и обеспечить его выделение из помехи при условии, когда ее интенсивность существенно превышает интенсивность сигнала (q_п>>q_с). Вместе с тем, исследования показали, что в этом случае огибающая по углу выделенного эхо-сигнала восстанавливает свою длительность практически до прежних размеров, определяемых значением θ_0,5P.As studies have shown, the additional weight processing implemented by element 23 (see Fig. Clause 2) by normalizing the angular fluctuations with the parameter 1 / σ _zk - significantly reduces the influence of the noise intensity on the quality of signal detection and ensures its separation from the noise, provided that when its intensity significantly exceeds the signal intensity (q _p >> q _s ). At the same time, studies have shown that in this case, the envelope along the angle of the extracted echo signal restores its duration to almost the same size, determined by the value θ _0.5P .

Результаты моделирования алгоритма с учетом весовой обработки согласно выражению (3) показаны на фиг. П. 9 - П. 10.The simulation results of the algorithm taking into account the weight processing according to expression (3) are shown in FIG. P. 9 - P. 10.

Анализ этих результатов свидетельствует о дополнительных, новых в сравнении с результатами работы [4], возможностях исследуемого алгоритма для обнаружения сигнала и оценки его параметров

, а также возможности оценки пеленга помехопостановщика

по положению провала в огибающей сигнала.An analysis of these results indicates additional, new in comparison with the results of [4], possibilities of the investigated algorithm for signal detection and estimation of its parameters

, as well as the possibility of evaluating the interference detector bearing

by the position of the dip in the envelope of the signal.

Наличие этого провала в случае оценки пеленга источника сигнала по положению энергетического центра огибающей приведет к систематической ошибке. Вместе с тем, из приведенного на фиг. П. 9 - П. 10 следует, что степень искажения, а, следовательно, и смещенность оценки пеленга уменьшается с увеличением относительной интенсивности помехи q_п.The presence of this failure in the case of evaluating the bearing of the signal source by the position of the energy center of the envelope will lead to a systematic error. At the same time, from FIG. P. 9 - P. 10 it follows that the degree of distortion, and, consequently, the bias of the bearing estimate decreases with increasing relative interference intensity q _p .

Далее для углового направления θ=θ_с и времени запаздывания

были проведены статистические исследования зависимости показателей качества обнаружения от энергетических характеристик сигнала и получены графики кривых обнаружения. Эти графики для наиболее характерных условий приведены на фиг. П. 11 и П. 12. Они получены (при числе испытаний N=10⁵) путем оценки огибающих гистограмм плотности вероятности w(α/q_с) распределения параметра

для двух альтернативных условий: при отсутствии (q_с=0) и наличии сигнала (q_с≠0) в контрольном элементе разрешения по времени запаздывания. Согласно критерию Неймана-Пирсона для принятого значения вероятности ложной тревоги F и различных значений интенсивности сигнала путем обработки результатов статистического эксперимента были получены оценки вероятности правильного обнаружения D. Эти результаты и представлены в виде графиков на фиг. П. 11 и П. 12.Further, for the angular direction θ = θ _s and the delay time

Statistical studies of the dependence of detection quality indicators on the energy characteristics of the signal were conducted, and graphs of detection curves were obtained. These graphs for the most characteristic conditions are shown in FIG. P. 11 and P. 12. They were obtained (with the number of tests N = 10 ⁵ ) by estimating the envelopes of the histogram of the probability density w (α / q _s ) of the parameter distribution

for two alternative conditions: in the absence (q _s = 0) and the presence of a signal (q _s ≠ 0) in the control element of the resolution of the delay time. According to the Neumann-Pearson criterion for the accepted value of the probability of false alarm F and various values of the signal intensity, estimates of the probability of the correct detection of D. were obtained by processing the results of a statistical experiment. These results are presented in graph form in FIG. P. 11 and P. 12.

Анализ этих графиков показывает, что принятие решения об обнаружении сигнала в контрольном элементе разрешения по результатам однократного зондирования (n=1) при угловой базе Δθ/θ_0,5P=0,1 для значения ложной тревоги F=10^-3 обеспечивается с вероятностью D≥0,5 при условии превышения помехи над сигналом более, чем на 20 дБ (см. фиг. П. 12, a). А, если использовать пачечный сигнал, например, при n=10, те же показатели могут быть обеспечены при превышении помехи над сигналом более, чем на 40 дБ (см. фиг. П. 12, б).An analysis of these graphs shows that the decision to detect a signal in a resolution control element based on the results of a single sounding (n = 1) with an angular base Δθ / θ _0.5P = 0.1 for a false alarm value of F = 10 ^{-3 is} provided with probability D ≥0.5, provided that the interference exceeds the signal by more than 20 dB (see FIG. 12, a ). And, if you use a burst signal, for example, at n = 10, the same indicators can be achieved if the interference exceeds the signal by more than 40 dB (see Fig. P. 12, b).

Отличительной особенностью исследуемого алгоритма от исследуемого в работе [4] является и то, что в данном случае при q_п>>1 пороговый уровень устройства принятия решения (УПР) практически не зависит от интенсивности помехи. Характер этого поясняется графиками фиг. П. 13.A distinctive feature of the algorithm under study from the one studied in [4] is that in this case, at q _p >> 1, the threshold level of the decision-making device (ASD) is practically independent of the interference intensity. The nature of this is illustrated by the graphs of FIG. P. 13.

На фиг. П. 14 показаны графические зависимости значения отношения сигнал-фон, соответствующего выходу модели алгоритма (ПОС), от углового положения равносигнального направления антенны относительно пеленга источника помехи. Они получены для нескольких вариантов фиксированного значения относительного углового положения источника сигнала и двух значений соотношения интенсивностей q_п и q_с.In FIG. Section 14 shows graphical dependences of the signal-to-background ratio corresponding to the output of the algorithm model (PIC) from the angular position of the antenna signal with an equal signal direction relative to the bearing of the interference source. They are obtained for several versions of a fixed value of the relative angular position of the signal source and two values of the ratio of intensities q _p and q _s .

Согласно этим результатам, если РСН антенны относительно пеленга источника помехи сместить на угол (0,1-0,3)θ_0,5P, то для показанных условий может быть получен коэффициент улучшения отношения сигнал/помеха не менее 30 дБ. А минимальное значение угловой базы Δθ, при котором еще может быть обеспечено угловое разрешение (выделение полезного сигнала), определяется шириной провала, соответствующего пеленгу источника помехи θ_п. Этот провал для указанных на фиг. П. 14 условий не превышает значения 0,05θ_0,5P, что собственно и характеризует угловую разрешающую способность алгоритма. Кроме того, анализ показывает, что ширина этого провала уменьшается с увеличением интенсивности помехи q_п.According to these results, if the RSN of the antenna relative to the bearing of the interference source is shifted by an angle (0.1-0.3) θ _0.5P , then for the conditions shown, an improvement in the signal-to-noise ratio of at least 30 dB can be obtained. And the minimum value of the angular base Δθ, at which angular resolution can still be ensured (selection of a useful signal), is determined by the width of the dip corresponding to the bearing of the interference source θ _p . This failure for the ones shown in FIG. Clause 14 of the conditions does not exceed the value 0.05θ _0.5P , which actually characterizes the angular resolution of the algorithm. In addition, the analysis shows that the width of this dip decreases with increasing interference intensity q _p .

Таким образом, результаты приведенные на фиг. П. 14 свидетельствуют о что, исследуемый алгоритм обеспечивает эффективное подавление шумовой помехи. Эффективность подавления слабо зависит от интенсивности источника помехи q_п и определяется, в основном, относительным угловым положением источника эхо-сигнала Δθ, а также его интенсивностью q_с.Thus, the results shown in FIG. P. 14 indicate that the investigated algorithm provides effective suppression of noise interference. The suppression efficiency weakly depends on the intensity of the interference source q _p and is determined mainly by the relative angular position of the source of the echo signal Δθ, as well as its intensity q _s .

Как известно, оконечное устройство обнаружителя (в частности, УПР) применительно случаю аналогового варианта его реализации может быть выполнено на основе типового осциллографического индикатора с растровой разверткой луча и яркостной отметкой сигналов. В таком случае на его экране в координатах «дальность-угол» («r-θ») можно непосредственно наблюдать и оценивать результаты радиолокационного наблюдения.As is known, the terminal device of the detector (in particular, the control device) as applied to the analog version of its implementation can be performed on the basis of a typical oscillographic indicator with a raster scan of the beam and the brightness marking of the signals. In this case, on its screen in the coordinates "range-angle" ("r-θ"), you can directly observe and evaluate the results of radar observation.

Тогда процесс совместной обработки n реализации с целью формирования усредненного на интервале Т_п процесса

и может быть заменен накоплением на экране индикатора за счет эффекта его послесвечения. А перемещение луча индикатора синхронно с движением луча антенны по угловой координате в этом случае позволит получить в смежных по углу элементах растра совокупность яркостных отметок, т.е. в итоге сформировать отметку, которая и позволит оценить координаты

,

источника сигнала и

источника помехи.Then the process of joint processing of n implementation in order to form a process averaged over the interval T _p

and can be replaced by accumulation of the indicator on the screen due to the effect of its afterglow. And moving the indicator beam synchronously with the movement of the antenna beam along the angular coordinate in this case will make it possible to obtain a set of brightness marks in adjacent raster elements, i.e. eventually form a mark, which will allow you to evaluate the coordinates

,

signal source and

source of interference.

С целью обеспечения большей наглядности представляемых результатов в ходе исследования была разработана модель подобного индикатора для отображения значений нормированной зависимости

в виде яркостной модели рельефа.In order to provide greater visibility of the presented results during the study, a model of such an indicator was developed to display the values of the normalized dependence

in the form of a brightness model of the relief.

Варианты вида экрана индикатора с растровой разверткой и комментарии к ним для различных условий исследования алгоритма показаны на фиг. П. 15 - П. 19.Variants of the screen layout of the indicator with raster scan and comments on them for various conditions of the study of the algorithm are shown in FIG. P. 15 - P. 19.

Особый интерес может вызвать показанное на фиг. П. 17, а и б. Здесь на фиг. П. 17, а приведен результат, наблюдаемый на выходе амплитудного детектора канала суммы (элемент 12, фиг. П. 1) приемного устройства. Вид экрана на фиг. П. 17, б соответствует результату для того же испытания на выходе ПОС (элемент 16, фиг. П. 1). Судя по наблюдаемому на экране, имеет место подавление помехи, уровень которой в данном случае на 40 дБ превышает сигнал. Качество воспроизведения сигнала позволяет визуально с относительно высокой точностью оценить параметры

,

. Разрыв отметки сигнала (провал в огибающей по углу) позволяет оценить параметр

. Этот результат получен для пачечного сигнала (n=10²).Of particular interest may be shown in FIG. P. 17, a and b. Here in FIG. P. 17, and the result is observed at the output of the amplitude detector of the channel of the sum (element 12, Fig. P. 1) of the receiving device. The screen view of FIG. P. 17, b corresponds to the result for the same test at the output of the PIC (element 16, Fig. P. 1). Judging by what is observed on the screen, interference suppression takes place, the level of which in this case is 40 dB higher than the signal. Signal reproduction quality allows visually evaluating parameters with relatively high accuracy

,

. A break in the signal mark (a dip in the envelope in the angle) allows you to evaluate the parameter

. This result was obtained for a burst signal (n = 10 ² ).

Для тех же угловых положений источников на фиг. П. 18 приведены результаты при условии n=1.For the same angular positions of the sources in FIG. Section 18 shows the results provided n = 1.

На фиг. П. 19 показан вид экрана индикатора для случая обнаружения на фоне маскирующей шумовой помехи групповой цели - двух независимых источников импульсных сигналов.In FIG. Section 19 shows the display screen of the indicator for the case of detection against the background of masking noise interference of a group target - two independent sources of pulse signals.

Все представленные в данной работе результаты, полученные методом имитационного моделирования на ЭВМ, позволяют утверждать о возможности с помощью исследуемого устройства обеспечить высокие показатели качества разрешения-обнаружения амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы в условиях воздействия на нее непрерывной шумовой помехи при условии, когда ее интенсивность существенно превышает интенсивность сигнала, и создать условия для точного измерения дальности и пеленга его источника.All the results presented in this paper, obtained by computer simulation, allow us to argue that it is possible to use the device under study to provide high quality resolution-detection of the amplitude total-difference monopulse system under the influence of continuous noise interference on it, provided that its intensity is significant exceeds the signal intensity, and create conditions for accurate measurement of the range and bearing of its source.

Таким образом, предлагаемое устройство, обладая достоинствами прототипа [4], позволяет заметно улучшить его потребительские свойства.Thus, the proposed device, having the advantages of the prototype [4], can significantly improve its consumer properties.

СПИСОК, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY

1. Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. - М. : Сов. радио, 1974.1. Shirman Y.D. Resolution and compression of signals. - M.: Sov. Radio, 1974.

2. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 1984. - 312 с., ил.2. Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar. - 2nd ed., Revised. and add. - M.: Radio and communications, 1984. - 312 p., Ill.

3. Царьков Н.М. Многоканальные радиолокационные измерители. - М.: Сов. радио, 1980, 192 с.3. Tsarkov N.M. Multichannel radar meters. - M .: Owls. Radio, 1980, 192 p.

4. Пат. №0119126 РФ. Устройство повышения углового разрешения амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы / С.А. Кузьмин, A.M. Лаврентьев, Ю.Н. Маринцев, Е.Е. Цубанов. Приоритет от 11.01.2012 г.4. Pat. No. 0119126 of the Russian Federation. A device for increasing the angular resolution of the amplitude total-difference monopulse system / S.A. Kuzmin, A.M. Lavrentiev, Yu.N. Marintsev, E.E. Tsubanov. Priority January 11, 2012

Claims (1)

Устройство повышения углового разрешения амплитудной суммарно-разностной моноимпульсной системы, представляющее собой специализированное вычислительное устройство, содержащее последовательно соединенные двухканальный аналого-цифровой преобразователь, процессор обработки сигналов и устройство принятия решения, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обнаружения-разрешения, в состав специализированного вычислительного устройства введены: двухканальный аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами аналоговых радиочастотных каналов суммы и разности приемного устройства радиолокационной станции, а выход его суммарного канала соединен со входом для делимого делительного устройства, выход разностного канала - со входом для делителя делительного устройства, выход делительного устройства соединен со входом фильтра нижних частот и последовательно соединенным с ним первым формирователем модульного значения, выход которого соединен с первым входом вычитающего устройства, а второй вход вычитающего устройства - с выходом формирователя математического ожидания, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя модульного значения, а второй вход, объединенный со вторым входом формирователя среднего квадратического значения, соединен с выходом синхронизатора радиолокационной станции, при этом первый вход формирователя среднего квадратического значения соединен с выходом фильтра нижних частот, выход умножителя, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, соединен со входом второго формирователя модульного значения, выход которого соединен с первым входом сумматора некогерентного накопителя, второй вход которого соединен с выходом оперативного запоминающего устройства, при этом вход оперативного запоминающего устройства соединен с первым выходом сумматора, второй выход сумматора одновременно соединен с первым входом устройства принятия решения и входом формирователя оценок Ө_с, t_з и Ө_п, гдеA device for increasing the angular resolution of the amplitude total-difference monopulse system, which is a specialized computing device containing a series-connected two-channel analog-to-digital converter, a signal processing processor, and a decision-making device, characterized in that, in order to improve the quality of detection-resolution, it is composed of a specialized computing device introduced: two-channel analog-to-digital Converter, the inputs of which are connected to the output the analogue radio-frequency channels of the sum and difference of the receiver of the radar station, and the output of its total channel is connected to the input for the divisible dividing device, the output of the difference channel is connected to the input for the divider of the dividing device, the output of the dividing device is connected to the input of the low-pass filter and connected in series with it the first shaper of modular value, the output of which is connected to the first input of the subtractor, and the second input of the subtractor is connected to the output For mathematical expectation, the first input of which is connected to the output of the first shaper of modular value, and the second input, combined with the second input of the shaper of mean square value, is connected to the output of the synchronizer of the radar station, while the first input of the shaper of mean square value is connected to the output of the low-pass filter, the output of the multiplier, the input of which is connected to the output of the subtractor, is connected to the input of the second shaper of modular value, the output of which is connected ene to the first input of the adder noncoherent accumulator, a second input coupled to an output random access memory, the input of a random access memory connected to the first output of the adder, the second output of the adder at the same time connected to the first input unit decision and input of the Ө _estimates, t _s and Ө _n , where Ө_с - угловая координата источника импульсного эхо-сигнала;Ө _s - the angular coordinate of the source of the pulse echo signal; t_з - время задержки импульсного эхо-сигнала;t _s - delay time of the pulse echo signal; Ө_п - угловая координата источника шумовой помехи,Ө _p is the angular coordinate of the source of noise interference, а второй вход устройства принятия решения соединен с выходом датчика порогового напряжения, формируемого этим датчиком согласно критерию Неймана-Пирсона, по результатам сравнения порогового напряжения с текущим значением оценки интенсивности флюктуации, поступившей на первый вход устройства принятия решения, принимается решение о наличии или отсутствии эхо-сигнала в анализируемом элементе разрешения. and the second input of the decision-making device is connected to the output of the threshold voltage sensor generated by this sensor according to the Neumann-Pearson criterion, based on the results of comparing the threshold voltage with the current value of the fluctuation intensity estimate received at the first input of the decision-making device, a decision is made about the presence or absence of an echo signal in the analyzed resolution element.

Images