RU2173468C2 - Signal detector - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: invention can be used in mix of radars and communication devices functioning under condition of narrow-band non-Gauss noises for detection of weak signals. Well-known device for detection of radio signals with random initial phase incorporating two quadrature phase detectors, phase inverter, two digitizers, two squarers, adder, square-root calculator and threshold unit is supplemented with signal processing unit which selects algorithm of processing of received digital readings and adaptation unit that generates adaptive value of operational threshold of threshold unit on basis of dynamic evaluation of parameters of distribution of noise envelope. EFFECT: enhanced probability of correct detection of weak radio signals against background of narrowband non- Gauss noises, increased noise immunity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в составе приемных радиолокационных и связных устройств, функционирующих в условиях воздействия узкополосных негауссовских помех, при обнаружении слабых сигналов. The invention relates to radio engineering and can be used as part of receiving radar and communication devices operating under the influence of narrow-band non-Gaussian interference when weak signals are detected.

Известное оптимальное устройство (Обработка сигналов в радиотехнических системах. Под ред. А.П.Лукошкина. - Ленинград: ЛГУ, 1987, с. 18-20) обнаружения радиосигналов в условиях воздействия узкополосных гауссовских помех, содержащее два квадратурных фазовых детектора, фазовращатель опорного напряжения, два дискретизатора, два квадратора, сумматор, устройство вычисления квадратного корня и пороговое устройство, в общем случае не является оптимальным при аддитивном воздействии узкополосных негауссовских помех. Кроме того, фиксация порога в условиях нестационарной помехи, уменьшает эффективность обнаружения полезных сигналов - в частности, вероятность ложной тревоги меняется при изменении дисперсии помехи, что является существенным недостатком обнаружителей такого вида. Known Optimal Device (Signal Processing in Radio Engineering Systems. Edited by A.P. Lukoškin. - Leningrad: Leningrad State University, 1987, pp. 18-20) for detecting radio signals under the influence of narrow-band Gaussian interference, containing two quadrature phase detectors, a phase-shifter of the reference voltage , two discretizers, two quadrators, an adder, a square root calculator and a threshold device, in the general case, are not optimal when the additive effect of narrow-band non-Gaussian interference. In addition, fixing the threshold under conditions of non-stationary interference reduces the detection efficiency of useful signals - in particular, the probability of false alarm changes with a change in the variance of the interference, which is a significant drawback of this type of detector.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного обнаружения слабых радиосигналов на фоне узкополосных негауссовских шумов и повышение помехозащищенности систем радиосвязи и радиолокации. The technical result of the invention is to increase the likelihood of the correct detection of weak radio signals against the background of narrow-band non-Gaussian noise and to increase the noise immunity of radio communication systems and radars.

Сущность изобретения состоит в том, что к известному устройству обнаружения сигналов со случайной начальной фазой, состоящему из первого и второго квадратурного фазового детекторов, фазовращателя опорного напряжения, первого и второго дискретизаторов, первого и второго квадраторов, первого сумматора, первого блока вычисления квадратного корня из суммы значений отсчетов и порогового устройства, причем вход обнаружителя сигналов соединен с первым входом первого и второго квадратурного фазового детекторов, на второй вход первого фазового детектора подается опорное напряжение от генератора опорного напряжения, на второй вход второго фазового детектора подается опорное напряжение с выхода фазовращателя на 90^o, выход первого и второго фазового детектора соединен с входом первого и второго дискретизатора соответственно, выход первого и второго дискретизатора соединен с входом первого и второго квадратора соответственно, выход первого и второго квадратора соединен с первым и вторым входом первого сумматора соответственно, выход первого сумматора соединен с входом первого блока вычисления квадратного корня, выход которого подключается к пороговому устройству известного обнаружителя, подключается блок обработки сигналов, состоящий из трех ОЗУ, пяти коммутаторов режима обработки, трех накопителей, блока нелинейного безинерционного преобразования (БНП), двух квадраторов, сумматора, трех перемножителей, причем выход первого дискретизатора подключен к входу первого ОЗУ, выход второго дискретизатора подключен к входу второго ОЗУ, выход первого блока вычисления квадратного корня подключается к входу третьего ОЗУ, выходы первого, второго и третьего ОЗУ соединены с входами первого, второго и третьего коммутаторов режима обработки соответственно, первый выход первого коммутатора и выход первого перемножителя подключен к входу первого накопителя, первый выход второго коммутатора и выход второго перемножителя подключен к входу второго накопителя, первый выход третьего коммутатора подключен к входу третьего накопителя, вторые выходы первого и второго коммутаторов подключены к первому входу первого и второго перемножителя соответственно, второй выход третьего коммутатора и выход третьего накопителя соединены с первым входом блока нелинейного безинерционного преобразования (БНП), выход которого подключен к вторым входам первого и второго перемножителей и к входу четвертого коммутатора, выходы первого и второго накопителя подключены к входу третьего и четвертого квадратора соответственно, выход третьего и четвертого квадратора соединен с первым и вторым входом второго сумматора соответственно, выход второго сумматора подключен к входу второго блока вычисления квадратного корня блока обработки сигналов, выход второго блока вычисления квадратного корня соединен с входом пятого коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом третьего перемножителя, второй вход третьего перемножителя подключен к выходу четвертого коммутатора, выход третьего перемножителя и второй выход пятого коммутатора соединен с первым входом порогового устройства известного обнаружителя, и блок адаптации, состоящий из блоков вычисления первого, второго и четвертого моментов, первого и второго квадраторов блока адаптации, блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому моменту, блока вычисления отношения квадрата первого момента к второму моменту, блока вычисления коэффициентов α и с, блока вычисления дисперсии, блоков вычисления параметров β,μ и порога h, порогового устройства с постоянным уровнем срабатывания, причем входы блоков вычисления первого, второго и четвертого моментов подключены к выходу первого блока вычисления квадратного корня известного обнаружителя, выход блока вычисления четвертого момента соединен с входом блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому, выход блока вычисления второго момента соединен с входом первого квадратора блока адаптации, с первым входом блока вычисления дисперсии, первым входом блока вычисления отношения квадрата первого момента к второму моменту и первым входом блока вычисления параметра β, выход блока вычисления первого момента соединен с входом второго квадратора блока адаптации, выход первого квадратора блока адаптации соединен с вторым входом блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому моменту, выход второго квадратора блока адаптации соединен с вторым входом вычислителя отношения квадрата первого момента к второму моменту и вторым входом блока вычисления дисперсии, выход блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому моменту соединен с вторым входом блока вычисления параметров α и с, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления отношения квадрата первого момента к второму моменту, выход блока вычисления параметров α и с подключен к входу порогового устройства блока адаптации, второму входу блока вычисления параметра β, первому входу блока вычисления параметра μ и второму входу блока нелинейного безинерционного преобразования (БНП) блока обработки сигналов, выход блока вычисления параметра β соединен с вторым входом блока вычисления параметра μ и третьим входом блока нелинейного безинерционного преобразования блока обработки сигналов, выход блока вычисления дисперсии соединен с третьим входом блока вычисления параметра μ и первым входом блока вычисления адаптивного порога h, выход блока вычисления параметра μ соединен с вторым входом блока вычисления порога h, выход порогового устройства блока адаптации соединен с входами "a" управления коммутаторами режимов обработки блока обработки сигналов, выход блока вычисления адаптивного порога h соединен с вторым входом порогового устройства известного устройства обнаружения, выход порогового устройства известного обнаружителя сигналов является выходом устройства обнаружения сигналов.The essence of the invention lies in the fact that to the known device for detecting signals with a random initial phase, consisting of the first and second quadrature phase detectors, the reference voltage phase shifter, the first and second samplers, the first and second quadrators, the first adder, the first square root calculation unit from the sum the values of the samples and the threshold device, and the input of the signal detector is connected to the first input of the first and second quadrature phase detectors, to the second input of the first phase of the detector is fed the reference voltage from the reference voltage generator, the second input of the second phase detector is fed the reference voltage output from the phase shifter 90 ^o, an output of first and second phase detector coupled to the input of the first and second sampler respectively output a first and a second digitizer coupled to the input of the first and the second quadrator, respectively, the output of the first and second quadrator is connected to the first and second input of the first adder, respectively, the output of the first adder is connected to the input of of the second square root calculation unit, the output of which is connected to a threshold device of a known detector, a signal processing unit is connected, consisting of three RAM, five processing mode switches, three drives, a non-linear inertial-free conversion (BNP) unit, two quadrants, an adder, three multipliers, and the output of the first sampler is connected to the input of the first RAM, the output of the second sampler is connected to the input of the second RAM, the output of the first square root calculation unit is connected to the input of the fifth RAM, the outputs of the first, second and third RAM are connected to the inputs of the first, second and third switches of the processing mode, respectively, the first output of the first switch and the output of the first multiplier is connected to the input of the first drive, the first output of the second switch and the output of the second multiplier are connected to the input of the second drive , the first output of the third switch is connected to the input of the third drive, the second outputs of the first and second switches are connected to the first input of the first and second multiplier, respectively, the second output of the third switch and the output of the third drive are connected to the first input of the nonlinear inertialess conversion (BNP) unit, the output of which is connected to the second inputs of the first and second multipliers and to the input of the fourth switch, the outputs of the first and second drives are connected to the input of the third and fourth quadrator, respectively, the output of the third and fourth quadrator is connected to the first and second input of the second adder, respectively, the output of the second adder is connected to the input of the second quad calculation unit the root of the signal processing unit, the output of the second square root calculation unit is connected to the input of the fifth switch, the first output of which is connected to the first input of the third multiplier, the second input of the third multiplier is connected to the output of the fourth switch, the output of the third multiplier and the second output of the fifth switch are connected to the first input a threshold device of a known detector, and an adaptation unit, consisting of blocks for calculating the first, second and fourth moments, the first and second quadrants of the adapter block tation, the unit for calculating the ratio of the square of the second moment to the fourth moment, the unit for calculating the ratio of the square of the first moment to the second moment, the unit for calculating the coefficients α and c, the unit for calculating the variance, the unit for calculating the parameters β, μ and threshold h, a threshold device with a constant level of operation, moreover, the inputs of the calculation blocks of the first, second and fourth moments are connected to the output of the first square root calculation block of a known detector, the output of the fourth moment calculation block is connected to input b In order to calculate the ratio of the square of the second moment to the fourth, the output of the second moment calculation unit is connected to the input of the first quadrator of the adaptation unit, with the first input of the dispersion calculation unit, the first input of the unit for calculating the ratio of the square of the first moment to the second moment and the first input of the parameter calculation unit β, the output of the block the calculation of the first moment is connected to the input of the second quadrator of the adaptation unit, the output of the first quadrator of the adaptation unit is connected to the second input of the calculation unit of the square ratio of the second moment entent to the fourth moment, the output of the second quadrator of the adaptation unit is connected to the second input of the calculator of the ratio of the square of the first moment to the second moment and the second input of the dispersion calculation unit, the output of the unit of calculating the ratio of the square of the second moment to the fourth moment is connected to the second input of the parameter calculation unit α and c, the first input of which is connected to the output of the unit for calculating the ratio of the square of the first moment to the second moment, the output of the unit for calculating the parameters α and c is connected to the input of the threshold device of the unit a aptation, to the second input of the parameter calculation unit β, the first input of the parameter calculation unit μ and the second input of the non-linear inertial conversion unit (BNP) of the signal processing unit, the output of the parameter calculation unit β is connected to the second input of the parameter calculation unit μ and the third input of the non-linear inertial conversion unit signal processing, the output of the dispersion calculation unit is connected to the third input of the parameter calculation unit μ and the first input of the adaptive threshold calculation unit h, the output of the calculation unit the parameter μ is connected to the second input of the threshold calculation unit h, the output of the adaptation device threshold device is connected to the control unit inputs of the processing modes of the signal processing unit, the output of the adaptive threshold calculation unit h is connected to the second input of the threshold device of the known detection device, the output of the threshold device A known signal detector is the output of a signal detection device.

На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство состоит из первого 1 и второго 2 квадратурных фазовых детекторов, фазовращателя 3 на π/2, первого 4 и второго 5 дискретизаторов, первого 6 и второго 7 квадраторов, первого сумматора 8, первого блока вычисления квадратного корня 9, блока обработки сигналов, состоящего из первого ОЗУ 10, второго ОЗУ 11 и третьего ОЗУ 12, первого 13, второго 14, третьего 15, четвертого 20 и пятого 27 коммутатора режима обработки, первого 21, второго 22 и третьего 16 накопителя, блока нелинейного безинерционного преобразования 17 (БНП), первого 18, второго 19 и третьего 28 перемножителя, второго сумматора 25, третьего 23 и четвертого 24 квадратора, второго устройства вычисления квадратного корня 26 блока обработки сигналов, порогового устройства 29 известного обнаружителя сигналов и блока адаптации, состоящего из блока 32 вычисления первого момента, блока 31 вычисления второго момента, блока 30 вычисления четвертого момента, первого 34 и второго 35 квадраторов, блока 33 вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому, блока 36 вычисления параметров α и с, блока 37 вычисления отношения квадрата первого момента к второму моменту, блока 38 вычисления значения дисперсии, порогового устройства 39 с постоянным порогом срабатывания 1,5, которое управляет работой коммутаторов режима обработки блока обработки по линии "а", блока 40 вычисления параметра β, блока 41 вычисления параметра μ, блока 42 вычисления адаптивного порога h для порогового устройства 29 известного обнаружителя сигналов. The drawing shows a block diagram of a device. The device consists of the first 1 and second 2 quadrature phase detectors, a phase shifter 3 by π / 2, the first 4 and second 5 samplers, the first 6 and second 7 quadrators, the first adder 8, the first square root calculation unit 9, the signal processing unit, consisting of the first RAM 10, the second RAM 11 and the third RAM 12, the first 13, the second 14, the third 15, the fourth 20 and the fifth 27 switch of the processing mode, the first 21, the second 22 and the third 16 drives, the block of non-linear inertial conversion 17 (BNP), the first 18, second 19 and third 28 lane a multiplier, a second adder 25, a third 23 and a fourth 24 quadrator, a second square root calculator 26 of a signal processing unit, a threshold device 29 of a known signal detector and an adaptation unit consisting of a first moment calculation unit 32, a second moment calculation unit 31, a calculation unit 30 the fourth moment, the first 34 and the second 35 quadrators, the block 33 calculates the ratio of the square of the second moment to the fourth, the block 36 calculates the parameters α and c, the block 37 calculates the ratio of the square of the first moment the second moment, the dispersion value calculation unit 38, the threshold device 39 with a constant response threshold of 1.5, which controls the operation of the processing mode switches of the processing unit along the line “a”, the parameter β calculation unit 40, the μ parameter calculation unit 41, the adaptive calculation unit 42 threshold h for a threshold device 29 of a known signal detector.

Принцип функционирования устройства обнаружения следующий. Результаты статистического синтеза устройств обнаружения сигналов на фоне негауссовских помех показывают, что кроме накопления сигнала, осуществляемого корреляционно фильтровыми каналами, существенным элементом оптимальной обработки является нелинейное преобразование, которое зависит от одномерного распределения помехи. The principle of operation of the detection device is as follows. The results of statistical synthesis of signal detection devices against a background of non-Gaussian interference show that, in addition to signal accumulation by correlation filter channels, a non-linear transformation, which depends on a one-dimensional interference distribution, is an essential element of optimal processing.

Флуктуации огибающей A(t) узкополосной помехи с большой степенью достоверности могут быть описаны выражением для ПРВ (Карпов И. Г., Галкин Е.А. Вероятностные модели флуктуаций радиолокационных сигналов. Радиотехника. - 1998, - N 3 - с. 73 - 77) вида:

где α > 0, c > 0 - параметры формы; β > 0 - параметр масштаба; Г(•) - гамма-функция.The fluctuations of the envelope A (t) of the narrow-band interference can be described with a high degree of certainty by the expression for PRV (Karpov I.G., Galkin E.A. Probabilistic models of fluctuations of radar signals. Radio engineering. - 1998, - N 3 - p. 73 - 77 ) of the form:

where α> 0, c> 0 are the parameters of the form; β> 0 is the scale parameter; G (•) - gamma function.

При параметрической априорной неопределенности помеховой обстановки неопределенность заключается в неизвестных параметрах распределения огибающей помехи, от которых зависит конкретный вид плотности распределения вероятности (ПРВ) огибающей помехи. При малом отношении сигнал/помеха на входе устройства параметры α и с ПРВ (1) огибающей помехи могут быть оценены с высокой точностью с помощью метода моментов решением системы из двух нелинейных уравнений:

где

m[А¹] , m[А²], m[А⁴] - первый, второй и четвертый начальные моменты распределения огибающей.With parametric a priori uncertainty of the interference environment, the uncertainty lies in the unknown parameters of the distribution of the interference envelope, on which the specific form of the probability distribution density (PRD) of the interference envelope depends. With a small signal-to-noise ratio at the input of the device, the parameters α and with the SIR (1) of the interference envelope can be estimated with high accuracy using the moment method by solving a system of two nonlinear equations:

Where

m [A ¹ ], m [A ² ], m [A ⁴ ] - the first, second and fourth initial moments of the distribution of the envelope.

Параметр β можно получить из выражения:

Таким образом, возможно построить такой нелинейный преобразователь, в котором характеристика определяется оцененными параметрами огибающей помехи. Кроме того, эти параметры позволяют вычислить порог обнаружения, который будет адаптивно изменяться в соответствии с изменением помеховой обстановки. Величина адаптивного порога h определяется по критерию Неймана-Пирсона:

где P_лт - вероятность ложной тревоги;

- параметр обнаружения; σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{п}}$ - дисперсия помехи; μ - коэффициент улучшения, определяемый соотношением

если α + с > 1.The parameter β can be obtained from the expression:

Thus, it is possible to construct such a nonlinear converter in which the characteristic is determined by the estimated parameters of the interference envelope. In addition, these parameters make it possible to calculate the detection threshold, which will adaptively change in accordance with the changing interference environment. The value of the adaptive threshold h is determined by the Neumann-Pearson criterion:

where P _lt - the probability of false alarm;

- detection parameter; σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{P}}$ - interference dispersion; μ is the improvement coefficient determined by the ratio

if α + c> 1.

Устройство работает следующим образом. Аддитивная смесь узкополосной помехи и полезного сигнала

где s(t) - полезный сигнал; n(t) - помеха; A(t), Φ (t) - функции, медленно меняющиеся по сравнению с cosω₀t, подается на схему получения квадратурных составляющих, собранную на фазовых детекторах 1,2 и фазовращателе 3. Предполагается, что отношение сигнал/помеха на входе очень малое,

что представляет наибольший практический интерес.The device operates as follows. Additive mix of narrowband interference and wanted signal

where s (t) is the useful signal; n (t) is the interference; A (t), Φ (t) - functions that slowly change compared to cosω ₀ t are fed to the quadrature component circuit assembled on phase detectors 1,2 and phase shifter 3. It is assumed that the signal-to-noise ratio at the input is very small ,

which is of most practical interest.

Квадратурные компоненты на выходах фазовых детекторов при наличии сигнала
x(t) = x_ξ(t)+x_s(t); y(t) = y_ξ(t)+y_s(t) (7)
и при отсутствии сигнала
x(t) = x_ξ(t); y(t) = y_ξ(t),
где x_ξ(t) , x_s(t) и y_ξ(t) , y_s(t) - квадратурные компоненты помехи и сигнала соответственно.Quadrature components at the outputs of phase detectors in the presence of a signal
x (t) = x _ξ (t) + x _s (t); y (t) = y _ξ (t) + y _s (t) (7)
and in the absence of a signal
x (t) = x _ξ (t); y (t) = y _ξ (t),
where x _ξ (t), x _s (t) and y _ξ (t), y _s (t) are the quadrature components of the noise and signal, respectively.

С выходов фазовых детекторов квадратурные компоненты x(t) и y(t) подаются на соответствующие входы дискретизаторов 4 и 5. Интервал дискретизации процессов x(t) и y(t) выбирается в соответствии с теоремой отсчетов, исходя из ширины спектра сигнальных компонент x_s(t), y_s(t). Тогда отсчеты x_ξk, y_ξk будут некоррелированы с x_ξ1, y_ξ1 , при k ≠ 1.From the outputs of the phase detectors, the quadrature components x (t) and y (t) are supplied to the corresponding inputs of the samplers 4 and 5. The sampling interval of the processes x (t) and y (t) is selected in accordance with the sampling theorem based on the spectrum width of the signal components x _s (t), y _s (t). Then the samples x _ξk , y _ξk will be uncorrelated with x _ξ1 , y _ξ1 , for k ≠ 1.

С выходов дискретизаторов 4 и 5 квадратурные компоненты x(t) и y(t) подаются на схему выделения огибающей, собранную на блоках 6, 7, 8, 9. From the outputs of discretizers 4 and 5, the quadrature components x (t) and y (t) are fed to the envelope allocation circuit assembled on blocks 6, 7, 8, 9.

Если некоррелированные пары отсчетов x_ξk, y_ξk независимы, то схема соединений блока обработки реализует алгоритм

где

- амплитудная характеристика безинерционного нелинейного преобразования (БНП), определяемая видом одномерного распределения огибающей помехи; h - адаптивный порог; α , с и β - параметры одномерного распределения огибающей помехи ( α > 0, с > 0 - параметры формы, β > 0 - параметр масштаба одномерного распределения огибающей помехи).If the uncorrelated pairs of samples x _ξk , y _{ξk are} independent, then the connection circuit of the processing unit implements the algorithm

Where

- the amplitude characteristic of the inertial nonlinear transformation (BNP), determined by the type of one-dimensional distribution of the envelope of the noise; h is the adaptive threshold; α, s and β are the parameters of the one-dimensional distribution of the interference envelope (α> 0, c> 0 are the shape parameters, β> 0 is the scale parameter of the one-dimensional distribution of the interference envelope).

При зависимых отсчетах помехи схема соединений блока обработки сигналов реализует алгоритм (9), отличный от (8):

где

При определенной схожести алгоритмов (8) и (9), их основное отличие друг от друга состоит в том, что нелинейная обработка при независимых отсчетах помехи производится до операции накопления, а при зависимых отсчетах - после операции накопления.With dependent interference samples, the signal circuit of the signal processing unit implements algorithm (9), different from (8):

Where

With a certain similarity of algorithms (8) and (9), their main difference from each other is that nonlinear processing for independent interference samples is performed before the accumulation operation, and for dependent samples, after the accumulation operation.

Квадратурные компоненты и огибающая входной выборки задерживается на время вычисления параметров ( α , с, β ) и подстройки характеристики Z(A) БНП 17 в ОЗУ 10, 11 и 12 соответственно. The quadrature components and the envelope of the input sample are delayed by the calculation of the parameters (α, s, β) and tuning of the characteristic Z (A) of the BNP 17 in RAM 10, 11, and 12, respectively.

Для реализации алгоритма (8) в блоке обработки коммутаторы 13, 14 подключают к соответствующим выходам ОЗУ 10 и 11 первые входы перемножителей 18 и 19 соответственно, а коммутатор 15 подключает к выходу ОЗУ 12 - первый вход БНП 17. На второй вход перемножителей 18 и 19 поступают результаты нелинейного преобразования от БНП 17. С выходов перемножителей 18 и 19 преобразованные квадратурные компоненты подаются на входы сумматоров-накопителей 21 и 22 соответственно. Результат накопления с выходов сумматоров-накопителей 21 и 22 подается на входы квадраторов 23 и 24 соответственно, и с их выходов на первый и второй входы сумматора 25 соответственно, с выхода сумматора 25 результат вычисления поступает на вход второго блока 26 вычисления квадратного корня из суммы отсчетов блока обработки сигналов. Коммутатор 27 соединяет выход второго вычислителя 26 квадратного корня с первым входом порогового устройства 29 известного устройства обнаружения. To implement the algorithm (8) in the processing unit, the switches 13, 14 connect the first inputs of the multipliers 18 and 19, respectively, to the corresponding outputs of the RAM 10 and 11, and the switch 15 connects the first input of the BNP 17 to the output of the RAM 12. At the second input of the multipliers 18 and 19 the results of a nonlinear conversion from the BNP 17 are received. From the outputs of the multipliers 18 and 19, the converted quadrature components are fed to the inputs of the adders 21 and 22, respectively. The result of accumulation from the outputs of the accumulators-accumulators 21 and 22 is fed to the inputs of the quadrants 23 and 24, respectively, and from their outputs to the first and second inputs of the adder 25, respectively, from the output of the adder 25, the calculation result is input to the second block 26 of calculating the square root of the sum of samples signal processing unit. A switch 27 connects the output of the second square root calculator 26 to the first input of the threshold device 29 of the known detection device.

При реализации алгоритма (9), коммутаторы 13, 14 и 15 подключают к выходам ОЗУ 10, 11, 12 входы сумматоров- накопителей 21, 22, 16 соответственно. При этом на первый вход БНП подается результат накопления с выхода сумматора-накопителя 16. Так же, как и в первом случае, результат накопления с выходов сумматоров-накопителей 21 и 22 подается на входы квадраторов 23 и 24 соответственно, и с их выходов - на первый и второй входы сумматора 25 соответственно, с выхода сумматора 25 - на второй блок вычисления квадратного корня 26 блока обработки сигналов. Коммутатор 20 соединяет выход БНП 17 с вторым входом третьего перемножителя 28, первый вход перемножителя 28 подключен к выходу второго блока вычисления квадратного корня 26 с помощью пятого коммутатора режима обработки 27. С выхода перемножителя 28 результаты обработки поступают на первый вход порогового устройства 29 известного устройства обнаружения. When implementing the algorithm (9), the switches 13, 14 and 15 connect the inputs of the accumulators 21, 22, 16 to the outputs of the RAM 10, 11, 12, respectively. At the same time, the result of accumulation from the output of the accumulator-accumulator 16 is supplied to the first input of the BNP. As in the first case, the result of accumulation from the outputs of the accumulators-accumulators 21 and 22 is supplied to the inputs of the squares 23 and 24, respectively, and from their outputs to the first and second inputs of the adder 25, respectively, from the output of the adder 25 to the second square root computation unit 26 of the signal processing unit. The switch 20 connects the output of the BNP 17 with the second input of the third multiplier 28, the first input of the multiplier 28 is connected to the output of the second square root calculation unit 26 using the fifth processing mode switch 27. From the output of the multiplier 28, the processing results are sent to the first input of the threshold device 29 of the known detection device .

На входы "а" коммутаторов 13, 14, 15, 20, 27 с выхода порогового устройства блока адаптации подается сигнал управления, определяющий режим работы коммутаторов, и, следовательно, порядок соединения элементов схемы блока обработки для реализации либо алгоритма (8), либо алгоритма (9). At the inputs “a” of the switches 13, 14, 15, 20, 27 from the output of the threshold device of the adaptation unit, a control signal is supplied that determines the operation mode of the switches and, therefore, the connection order of the elements of the processing unit circuit to implement either algorithm (8) or the algorithm (9).

На второй и третий управляющие входы БНП 17 с соответствующих выходов блока адаптации подаются значения вычисленных параметров α, с и β. По этим параметрам происходит адаптация амплитудной характеристики Z(A) БНП 17. The second and third control inputs of the BNP 17 from the corresponding outputs of the adaptation unit are fed the values of the calculated parameters α, c and β. According to these parameters, the amplitude characteristic Z (A) of the BNP 17 is adapted.

На управляющий второй вход порогового устройства 29 с выхода блока вычисления порога блока адаптации подается вычисленное значение адаптивного порога обнаружения h. The control second input of the threshold device 29 from the output of the threshold calculation unit of the adaptation unit is supplied with the calculated value of the adaptive detection threshold h.

Код выборки огибающей входного сигнала с выхода первого блока вычисления квадратного корня 9 подается на входы блоков 30, 31 и 32 оценки 4-го, 2-го и 1-го начальных моментов блока адаптации соответственно, и записывается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 12. На выходе блока 32 блока адаптации получаем величину m[x¹], на выходе блока 31 - величину m[x²], на выходе блока 30 - величину m[x⁴] следующим образом:

На выходе делителя 37 блока адаптации формируется коэффициент K2, а на выходе делителя 33 формируется коэффициент K1.The code for the envelope sample of the input signal from the output of the first square root calculation block 9 is supplied to the inputs of the evaluation blocks 30, 31, and 32 of the 4th, 2nd, and 1st initial moments of the adaptation block, respectively, and is written to the random access memory (RAM) 12 At the output of block 32 of the adaptation block, we obtain the value m [x ¹ ], at the output of block 31, the value m [x ² ], and at the output of block 30, the value m [x ⁴ ] as follows:

At the output of the divider 37 of the adaptation unit, a coefficient K2 is formed, and at the output of the divider 33 a coefficient K1 is formed.

Коэффициенты K1 и K2, вычисленные по N значениям выборки p, с выходов делителей 33 и 37 поступают на входы вычислителя 36 параметров α, с. Вычисленные параметры α, с подаются на вход порогового устройства блока адаптации 39, второй вход вычислителя 40 параметра β, первый вход вычислителя 41 параметра μ (коэффициента улучшения) и на второй управляющий вход БНП 17 блока обработки сигналов. На первый вход вычислителя 40 параметра β подается величина m[x²] с выхода блока оценки 31. На выходе вычислителя 40 формируется значение параметра

в соответствии с выражением (3). Параметр β с выхода вычислителя 40 подается на второй вход вычислителя 41 параметра μ и третий управляющий вход БНП 17 блока обработки сигналов. На третий вход вычислителя 41 параметра μ и первый вход вычислителя порога 42 подается значение дисперсии σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{п}}$ огибающей помехи, сформированное на выходе вычислителя 38, как результат воздействия на его входы величин m[x²] и (m[x¹])² с выходов блока оценки 31 и квадратора 35 соответственно, σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{п}}$ = m[x²]-(m[x¹])² . На выходе вычислителя 41 формируется значение коэффициента улучшения μ в соответствии с выражением (5). Коэффициент μ поступает на второй вход блока вычислителя 42 порога обнаружения h. На выходе вычислителя 42 формируется адаптивный порог обнаружения h в соответствии с выражением (4). Порог h с выхода вычислителя 42 поступает на второй управляющий вход порогового устройства 29 известного обнаружителя. Выход порогового устройства 29 является выходом устройства обнаружения.The coefficients K1 and K2, calculated by N values of the sample p, from the outputs of the dividers 33 and 37 are fed to the inputs of the calculator 36 parameters α, s. The calculated parameters α, s are fed to the input of the threshold device of the adaptation unit 39, the second input of the calculator 40 of the parameter β, the first input of the calculator 41 of the parameter μ (improvement coefficient) and the second control input of the BNP 17 of the signal processing unit. At the first input of the calculator 40 of the parameter β, the quantity m [x ² ] is supplied from the output of the evaluation unit 31. The parameter value is generated at the output of the calculator 40

in accordance with the expression (3). The parameter β from the output of the calculator 40 is fed to the second input of the calculator 41 of the parameter μ and the third control input of the BNP 17 of the signal processing unit. The third input of the calculator 41 of the parameter μ and the first input of the calculator of the threshold 42 are fed with the variance σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{P}}$ the envelope of interference generated at the output of the calculator 38, as a result of exposure to its inputs of the quantities m [x ² ] and (m [x ¹ ]) ² from the outputs of the evaluation unit 31 and the squared 35, respectively, σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{P}}$ = m [x ² ] - (m [x ¹ ]) ² . The output of the calculator 41 is formed by the value of the improvement coefficient μ in accordance with expression (5). The coefficient μ is supplied to the second input of the block of the computer 42 of the detection threshold h. At the output of the calculator 42, an adaptive detection threshold h is formed in accordance with expression (4). The threshold h from the output of the computer 42 is supplied to the second control input of the threshold device 29 of the known detector. The output of the threshold device 29 is the output of the detection device.

Эффективность изобретения выражается в повышении помехозащищенности радиолокационных и радиосвязных систем в сложной помеховой обстановке и при малых отношениях сигнал - помеха за счет выбора оптимального алгоритма обработки смеси сигнала и негауссовского шума и вычисления оптимальной величины порогового уровня h для порогового устройства известного обнаружителя сигналов. The effectiveness of the invention is expressed in increasing the noise immunity of radar and radiocommunication systems in a complex jamming environment and with small signal-to-noise ratios by choosing the optimal algorithm for processing a mixture of signal and non-Gaussian noise and calculating the optimal threshold level h for a threshold device of a known signal detector.

Claims (1)

Обнаружитель сигналов, состоящий из первого и второго квадратурных фазовых детекторов, фазовращателя, первого и второго дискретизаторов, первого и второго квадраторов, первого сумматора, блока вычисления квадратного корня и порогового устройства, причем на первый вход первого и второго квадратурных фазовых детекторов подается входной сигнал со случайной начальной фазой и узкополосная помеха, на второй вход первого квадратурного фазового детектора подается опорное напряжение от генератора опорного напряжения, на второй вход второго квадратурного фазового детектора подается опорное напряжение с выхода фазовращателя на 90^o, выходы первого и второго квадратурных фазовых детекторов соединены с входами первого и второго дискретизатора соответственно, выходы первого и второго дискретизаторов соединены соответственно с входами первого и второго квадраторов, выходы первого и второго квадраторов подключены к входам первого сумматора, выход первого сумматора подключен к входу блока вычисления квадратного корня, отличающийся тем, что к нему дополнительно подключен блок обработки сигналов, состоящий из трех ОЗУ, пяти коммутаторов режима обработки, трех накопителей, двух квадраторов, блока нелинейного безынерционного преобразования, трех перемножителей, причем вход первого ОЗУ подключен к выходу первого дискретизатора, вход второго ОЗУ подключен к выходу второго дискретизатора, выход блока вычисления квадратного корня подключается к входу третьего ОЗУ, выходы первого, второго и третьего ОЗУ соединены с входами первого, второго и третьего коммутаторов режима обработки соответственно, первый выход третьего коммутатора режима обработки подключен к входу третьего накопителя, вторые выходы первого и второго коммутаторов подключены к первым входам первого и второго перемножителей соответственно, второй выход третьего коммутатора и выход третьего накопителя соединены с первым входом блока нелинейного безынерционного преобразования, выход которого подключен к вторым входам первого и второго перемножителей и к входу четвертого коммутатора, первый выход первого коммутатора и выход первого перемножителя подключены к входу первого накопителя, первый выход второго коммутатора и выход второго перемножителя подключены к входу второго накопителя, выходы первого и второго накопителей подключены к входам третьего и четвертого квадратора соответственно, выходы третьего и четвертого квадраторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход второго сумматора подключен к входу устройства вычисления квадратного корня блока обработки сигналов, выход которого соединен с входом пятого коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом третьего перемножителя, второй вход третьего перемножителя подключен к выходу четвертого коммутатора, выход третьего перемножителя и второй выход пятого коммутатора соединены с первым входом порогового устройства, и блок адаптации, состоящий из трех блоков вычисления первого, второго и четвертого моментов, первого и второго квадраторов блока адаптации, блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому моменту, блока вычисления отношения квадрата первого момента к второму моменту, блока вычисления параметров α и с, где α и с - параметры одномерного распределения огибающей помехи, блока вычисления дисперсии, трех блоков вычисления параметров βμ и порога h, где β - параметр одномерного распределения огибающей помехи, μ - коэффициент улучшения, порогового устройства с постоянным уровнем срабатывания, причем входы блоков вычисления первого, второго и четвертого моментов подключены к выходу блока вычисления квадратного корня, выход блока вычисления четвертого момента соединен с входом блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому моменту, выход блока вычисления второго момента соединен входом первого квадратора блока адаптации, с входом блока вычисления дисперсии, с входом блока вычисления отношения квадрата первого момента к второму и первым входом блока вычисления параметра β, выход первого квадратора блока адаптации соединен с вторым входом блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому моменту, выход второго квадратора блока адаптации соединен с вторым входом блока вычисления отношения квадрата первого момента к второму моменту, выход блока вычисления отношения квадрата второго момента к четвертому моменту соединен с первым входом блока вычисления параметров α и с, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления отношения квадрата первого момента к второму, выход блока вычисления параметров α и с подключен к входу порогового устройства блока адаптации, второму входу блока вычисления параметра β, входу блока вычисления параметра μ и второму входу блока нелинейного безынерционного преобразования блока обработки сигналов, выход блока вычисления параметра β соединен с вторым входом блока вычисления параметра μ и третьим входом блока нелинейного безынерционного преобразования блока обработки сигналов, выход блока вычисления дисперсии подключен к второму входу блока вычисления порога блока адаптации, на третий вход блока вычисления параметра μ подается значение дисперсии огибающей помехи, сформированное на выходе блока вычисления дисперсии в результате воздействия на его входы величин второго момента и квадрата первого момента с выходов блока вычисления второго момента и второго квадратора соответственно, выход блока вычисления параметра μ подключен к первому входу блока вычисления порога h блока адаптации, выход блока вычисления порога h подключен к второму входу порогового устройства, выход порогового устройства блока адаптации соединен с входами управления коммутаторами режимов обработки блока обработки сигналов, выход порогового устройства является выходом обнаружителя сигналов.A signal detector consisting of the first and second quadrature phase detectors, a phase shifter, first and second samplers, first and second quadrators, a first adder, a square root calculation unit and a threshold device, wherein an input signal with a random signal is supplied to the first input of the first and second quadrature phase detectors the initial phase and the narrow-band interference, the second voltage of the reference voltage generator is supplied to the second input of the first quadrature phase detector, and the second input of the second vadraturnogo phase detector is fed the reference voltage output from the phase shifter 90 ^o, outputs of first and second quadrature phase detector connected to inputs of the first and second sampler, respectively, the outputs of the first and second samplers are connected respectively to the inputs of the first and second quad, outputs of the first and second squarer connected to the inputs of the first adder, the output of the first adder is connected to the input of the square root calculation unit, characterized in that the unit is additionally connected to it signal processing, consisting of three RAMs, five processing mode switches, three drives, two quadrators, a non-linear inertial conversion unit, three multipliers, the input of the first RAM connected to the output of the first sampler, the input of the second RAM connected to the output of the second sampler, the output of the square calculation unit the root is connected to the input of the third RAM, the outputs of the first, second and third RAM are connected to the inputs of the first, second and third process mode switches, respectively, the first output is third its processing mode switch is connected to the input of the third drive, the second outputs of the first and second switches are connected to the first inputs of the first and second multipliers, respectively, the second output of the third switch and the output of the third drive are connected to the first input of the nonlinear inertial conversion unit, the output of which is connected to the second inputs of the first and the second multipliers and to the input of the fourth switch, the first output of the first switch and the output of the first multiplier are connected to the input of the first storage Firing, the first output of the second switch and the output of the second multiplier are connected to the input of the second drive, the outputs of the first and second drives are connected to the inputs of the third and fourth quadrator, respectively, the outputs of the third and fourth quadrators are connected respectively to the first and second inputs of the second adder, the output of the second adder is connected to the input of the square root computing device of the signal processing unit, the output of which is connected to the input of the fifth switch, the first output of which is connected to the first input of its multiplier, the second input of the third multiplier is connected to the output of the fourth switch, the output of the third multiplier and the second output of the fifth switch are connected to the first input of the threshold device, and the adaptation unit, consisting of three blocks for calculating the first, second and fourth moments, the first and second quadrants of the adaptation block , a unit for calculating the ratio of the square of the second moment to the fourth moment, a unit for calculating the ratio of the square of the first moment to the second moment, a unit for calculating the parameters α and c, where α and c are the parameters of the one-dimensional distribution of the interference envelope, the dispersion calculation unit, the three blocks of calculation of the parameters βμ and the threshold h, where β is the parameter of the one-dimensional distribution of the interference envelope, μ is the improvement coefficient, of a threshold device with a constant level of response, and the inputs of the calculation blocks of the first, second, and fourth moments connected to the output of the square root calculation unit, the output of the fourth moment calculation unit is connected to the input of the calculation unit of the ratio of the square of the second moment to the fourth moment, output One block of the second moment calculation block is connected to the input of the first squared block of the adaptation block, with the input of the dispersion calculation block, to the input of the block of calculating the ratio of the square of the first moment to the second and first input of the block of calculating the parameter β, the output of the first square of the block of adaptation is connected to the second input of the block of calculating the ratio of the second square moment to the fourth moment, the output of the second quadrator of the adaptation unit is connected to the second input of the unit for calculating the ratio of the square of the first moment to the second moment, the output of the unit is calculated the ratio of the square of the second moment to the fourth moment is connected to the first input of the unit for calculating the parameters α and c, the second input of which is connected to the output of the unit for calculating the ratio of the square of the first moment to the second, the output of the unit for calculating the parameters α and c is connected to the input of the threshold device of the adaptation unit, the second the input of the unit for calculating the parameter β, the input of the unit for calculating the parameter μ and the second input of the nonlinear inertial conversion unit of the signal processing unit, the output of the unit for calculating the parameter β is connected to the input of the block for calculating the parameter μ and the third input of the block for non-linear inertia conversion of the signal processing block, the output of the block for calculating the variance is connected to the second input of the block for calculating the threshold of the block for adaptation, the variance of the envelope of the interference envelope generated at the output of the block for calculating the variance is fed to the third input of the block for calculating the parameter μ as a result of exposure to its inputs of the values of the second moment and the square of the first moment from the outputs of the block for calculating the second moment and the second quadrator, respectively Namely, the output of the unit for calculating the parameter μ is connected to the first input of the unit for calculating the threshold h of the adaptation unit, the output of the unit for calculating the threshold h is connected to the second input of the threshold device, the output of the threshold device of the unit of adaptation is connected to the inputs of the control switches of the processing modes of the signal processing unit, the output of the threshold device is signal detector output.