RU2249831C2 - Device for optimal filtering of phase-manipulated signals - Google Patents

Abstract

FIELD: radiolocation.

SUBSTANCE: optimal filtration device has amplitude limiter, phase-manipulated signal pressing filter, amplitude detector, phase shifter, maximal signal selection N-input circuit formed by quadrature channels. Due to usage of phase shifts the probability of detection of weak signals at the background of strong ones grows distinctively.

EFFECT: improved reliability of detection.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в канале обнаружения радиолокационной станции (РЛС).The invention relates to the field of radar and can be used in the detection channel of a radar station.

В настоящее время широкое распространение получили РЛС, использующие сложные фазоманипулированные (ФМ) сигналы. Это вызвало тем, что ФМ сигналы в принципе позволяют одновременно обеспечивать как большую дальность действия PЛC при ограниченной пиковой мощности передатчика, так и высокую разрешающую способность по дальности. Вместе с тем в приемниках РЛС применяются амплитудные ограничители обычно с линейным участком, что позволяет произвести нормировку динамического диапазона принимаемых сигналов и обеспечивает защиту от импульсных помех [1].Currently, radars using complex phase-shift (FM) signals are widely used. This caused the fact that FM signals in principle make it possible to simultaneously provide both a long range of PLC operation with limited peak transmitter power and a high range resolution. At the same time, amplitude limiters are usually used in radar receivers, usually with a linear section, which allows normalization of the dynamic range of the received signals and provides protection from impulse noise [1].

Известны радиолокационные приемники с ограничением на высокой или промежуточной частоте [2] и их аналоги в цифровой обработке сигналов. Применение ограничителей приводит к незначительным потерям в отношении сигнал/шум, 1-2 дБ.Known radar receivers with a limitation at a high or intermediate frequency [2] and their analogues in digital signal processing. The use of limiters results in a slight loss in signal-to-noise ratio, 1-2 dB.

На практике часто происходит обнаружение сигнала на фоне шума приемника и второго сигнала большей интенсивности. Если больший сигнал входит в ограничение, то происходит подавление слабого сигнала сильным, т.е. потеря, достигающая 6 дБ [1], или ухудшается разрешающая способность по дальности двух сигналов или возникают помехи с эхо-сигналами в ограничителе, увеличивая потери.In practice, a signal is often detected against the background of the noise of the receiver and a second signal of higher intensity. If a larger signal is included in the limitation, then a weak signal is suppressed by a strong signal, i.e. a loss reaching 6 dB [1], or the resolution of the range of the two signals is deteriorating, or interference with the echo signals in the limiter occurs, increasing the loss.

В состав устройства, принятого за прототип, входят два квадратурных канала с амплитудными ограничителями и сжимающими ФМ фильтрами, выходы которых соединены с амплитудным детектором (АД). Устройство работает следующим образом. Входной сигнал в двух квадратурах (х+jу) поступает на два ограничителя, где происходит преобразование:The structure of the device adopted for the prototype includes two quadrature channels with amplitude limiters and compressive FM filters, the outputs of which are connected to an amplitude detector (HELL). The device operates as follows. The input signal in two quadratures (x + jy) is fed to two limiters, where the conversion occurs:

где А - уровень ограничения сигналов в ограничителе.where A is the signal restriction level in the limiter.

Затем в фильтрах происходит сжатие сигналов и детектирование. Преимуществом ограничителя в квадратурах является то, что не возникает влияния сигналов из одной квадратуры на сигналы из другой, как, например, в известном ограничителе, гдеThen the filters compress the signals and detect. The advantage of the limiter in quadratures is that there is no influence of signals from one quadrature on signals from another, as, for example, in the known limiter, where

Так если больший сигнал находится только в одной квадратуре, а меньший - в двух, т.е. отличается от него по фазе, то часть меньшего сигнала в другой квадратуре ограничивается и сжимается не зависимо от большего сигнала. Но такая ситуация маловероятна.So if the larger signal is only in one quadrature, and the smaller - in two, i.e. differs from it in phase, then part of the smaller signal in another quadrature is limited and compressed regardless of the larger signal. But such a situation is unlikely.

Целью изобретения является в устройстве оптимальной фильтрации с амплитудным ограничением увеличить вероятность разрешения слабых сигналов на фоне сильных за счет использования фазовых отличий сигналов.The aim of the invention is to optimize the filtering device with amplitude limitation to increase the probability of resolution of weak signals against strong due to the use of phase differences of the signals.

Поставленная цель достигается в многоканальном устройстве, где N однотипных параллельных каналов соединены с входной шиной входами фазовращателей. В каждом канале фазовращатель на

, где n - номер канала от I до N, соединяется выходами со входами устройства, взятого за прототип. Это устройство имеет два квадратурных канала с последовательно включенными ограничителем и сжимающим фильтром. Выходы фильтров двух квадратурных каналов соединяются со входами детектора с образованием амплитудного канала. Выходы детекторов через N входовую схему отбора сигнала с максимальной амплитудой соединяются с выходной шиной.The goal is achieved in a multi-channel device, where N of the same type of parallel channels are connected to the input bus by the inputs of the phase shifters. In each channel, the phase shifter on

, where n is the channel number from I to N, is connected by the outputs to the inputs of the device taken as a prototype. This device has two quadrature channels with a limiter and a compression filter connected in series. The filter outputs of two quadrature channels are connected to the detector inputs to form an amplitude channel. The outputs of the detectors through the N input signal selection circuit with a maximum amplitude are connected to the output bus.

По сравнению с прототипом заявленное устройство отличается наличием новых элементов и функциональных связей, что подтверждает соответствие его критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что фазовращатели и схемы отбора максимального сигнала известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы приводит к новым свойствам схемы в обработке сигналов. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".Compared with the prototype of the claimed device is characterized by the presence of new elements and functional relationships, which confirms its compliance with the criteria of the invention of "novelty." A comparison of the proposed solutions with other technical solutions shows that the phase shifters and maximum signal selection schemes are known. However, when introduced in this connection with other elements of the circuit, it leads to new properties of the circuit in signal processing. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

Принцип работы предложенного устройства поясняет схема на фиг.1, где обозначено:The principle of operation of the proposed device is illustrated by the diagram in figure 1, where it is indicated:

2 - амплитудный ограничитель;2 - amplitude limiter;

3 - сжимающий фильтр ФМ сигнала;3 - compression filter of the FM signal;

4 - амплитудный детектор;4 - amplitude detector;

1 - фазовращателъ;1 - phase shifter;

5 - N входовая схема отбора MAX.5 - N input selection circuit MAX.

На фиг.2 приведена схема прототипа.Figure 2 shows a diagram of a prototype.

На фиг.3, 4, 5 представлены эпюры напряжений в различных точках схемы.Figure 3, 4, 5 presents the diagram of stresses at various points of the circuit.

В предложенном устройстве содержится N однотипных каналов. Каждый канал подключен ко входной шине входом фазовращателя 1 на

, где n - номер канала, и состоит из соединенных с выходами фазовращателя двух квадратурных каналов, где последовательно включены ограничитель 2 и сжимающий фильтр 3 ФМ сигналов. Квадратурные каналы выходами фильтров соединены со входами амплитудного детектора 4. Через выходы детекторов 4 все каналы соединены со входами N входовой схемы отбора максимума 5, выход которой есть выход всего устройства. Работа устройств канала, где включен прототип, аналогична ему. Рассмотрим особенности работы предложенного устройства оптимальной фильтрации.The proposed device contains N channels of the same type. Each channel is connected to the input bus by the input of the phase shifter 1 on

, where n is the channel number, and consists of two quadrature channels connected to the outputs of the phase shifter, where the limiter 2 and the compression filter 3 of the FM signals are connected in series. The quadrature channels by the outputs of the filters are connected to the inputs of the amplitude detector 4. Through the outputs of the detectors 4, all channels are connected to the inputs N of the input selection circuit of maximum 5, the output of which is the output of the entire device. The operation of the channel devices, where the prototype is included, is similar to it. Consider the features of the proposed optimal filtering device.

На фиг.2 представлена эпюра входного сигнала (х+jy), состоящего из шума, сигналов V₁ и V₂, и обозначен уровень ограничения А такой, что сигнал V₂ входит в ограничение. То же обозначено на векторной диаграмме фиг.4 на выходе фазовращателей 1 первого (х₁, у₁) и, фиг.5, n-го (х_n, у_n) каналов. В канале n после фазовращателя сигнал V₂, для примера, параллелен квадратуре х_n.Figure 2 presents the plot of the input signal (x + jy), consisting of noise, signals V ₁ and V ₂ , and the level of restriction A is indicated such that the signal V ₂ is included in the limit. The same is indicated on the vector diagram of FIG. 4 at the output of phase shifters 1 of the first (x ₁ , y ₁ ) and, FIG. 5, n-th (x _n , y _n ) channels. In channel n, after the phase shifter, the signal V ₂ , for example, is parallel to the quadrature x _n .

В этом случае в квадратуре y_n сигнал V₁· sinφ , где φ - фаза V₁ и V₂, не суммируется с большим его V₂ и через ограничитель пройдет без искажений.In this case, in the quadrature y _{n, the} signal V ₁ · sinφ, where φ is the phase of V ₁ and V ₂ , does not stack with its large V ₂ and passes through the limiter without distortion.

Для конечного числа каналов возможно неполное совпадение V₂ с одной из квадратур, в этом случае можно говорить о подавлении V₂ в не менее чем

раз в другой квадратуре (

- половина угла между соседними фазовыми каналами).For a finite number of channels, incomplete coincidence of V ₂ with one of the quadratures is possible; in this case, we can speak of suppressing V ₂ in

times in another quadrature (

- half the angle between adjacent phase channels).

Поскольку фаза V₂ случайна, то в прототипе подавление V₂ в одной из квадратур в

раз происходит с вероятностью

, и поэтому вероятность обнаружения сигнала V₁ в предложенном устройстве выше. Работа устройств была проверена на его математической модели и сравнивалась с прототипом и аналогами. Моделирование показало наличие положительного эффекта в разрешении нескольких сигналов. Таким образом, предложенное устройство позволит увеличивать вероятность разрешения двух сигналов.Since the phase of V _{2 is} random, in the prototype the suppression of V ₂ in one of the quadratures in

times happens with probability

, and therefore, the probability of detecting a signal V ₁ in the proposed device is higher. The operation of the devices was tested on its mathematical model and compared with the prototype and analogues. Modeling showed a positive effect in the resolution of several signals. Thus, the proposed device will increase the likelihood of resolution of two signals.

Реализация предложенного устройства возможна с использованием обычной элементной базы. По сравнению с прототипом новыми для реализации являются фазовращатели и схема отбора максимального сигнала. Фазовращатель выполняет операцию комплексного умножения входного сигнала (х+jу) на поворачивающий множитель ехр (jπ n/2N), где n - номер канала, и может быть выполнен на умножителях 1802BP3 и сумматорах 1802ИМ1. Схема отбора максимального сигнала может быть выполнена с использованием мультиплекаторов 533КПII и схем сравнения 533СПI.Implementation of the proposed device is possible using a conventional element base. Compared with the prototype, phase shifters and a maximum signal selection circuit are new to implement. The phase shifter performs the operation of complex multiplication of the input signal (x + jy) by the rotary factor exp (jπ n / 2N), where n is the channel number, and can be performed on multipliers 1802BP3 and adders 1802IM1. The maximum signal selection scheme can be performed using 533KPII multipliers and 533SPI comparison schemes.

ЛитератураLiterature

1. В.К.Слока "Вопросы обработки радиолокационных сигналов", "Сов. радио", Москва, 1970. гл.3.1. V.K.Sloka "Issues of processing radar signals", "Sov. Radio", Moscow, 1970. Ch.3.

2. Авторское свидетельство №881979.2. Copyright certificate No. 881979.

Claims (1)

Устройство для оптимальной фильтрации фазоманипулированных сигналов, содержащее два квадратурных канала, в которые включены последовательно соединенные ограничитель, сжимающие фазоманипулированные сигналы фильтры, которые выходами подключены к двум входам амплитудного детектора, отличающееся тем, что, с целью увеличения вероятности разрешения по дальности нескольких фазоманипулированных сигналов, за счет использования их фазовых отличий, в него введены дополнительно двухквадратурные каналы, которые образуют N-канальную схему, в n-M канале которой фазовращатель на πn/2N радиан одним выходом соединен со входом первого ограничителя, а другим выходом - со входом второго ограничителя, входы N фазовращателей соединены со входной двухквадратурной шиной, а выходы детекторов подсоединены к N-входовой схеме отбора максимального сигнала, выход которой является выходом устройства.A device for optimal filtering of phase-shifted signals, containing two quadrature channels, which include a series-connected limiter, phase-compressing signals, filters that are connected to the outputs of two amplitude detector outputs, characterized in that, in order to increase the probability of range resolution of several phase-shifted signals, due to the use of their phase differences, additional biquadric channels are introduced into it, which form an N-channel circuit, in nM the channel of which the phase shifter on πn / 2N is radiated with one output connected to the input of the first limiter, and the other output connected to the input of the second limiter, the inputs of N phase shifters are connected to the input two-quadrature bus, and the outputs of the detectors are connected to the N-input maximum signal selection circuit, the output of which is device output.

Images