Способ формирования и сжатия импульсного радиосигнала

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в радиотехнических измерениях. Способ формирования и сжатия импульсного радиосигнала, представленного в виде последовательности импульсов, основан на преобразовании частоты несущих колебаний, накоплении сигнала посредством суммирования импульсов в процессе обработки названной последовательности, перед суммированием импульсов производят их задержку в соответствии с заданными математическими зависимостями. Достигаемый технический результат - подавление боковых составляющих, в том числе высокочастотных составляющих, в выходном сигнале без изменения амплитуды и ширины центрального максимума. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при радиотехнических измерениях, например при измерении дальности до объекта.

Широко известный способ формирования и сжатия сигнала предполагает обработку сигнала, представленного в виде последовательности радиоимпульсов, равноотстоящих друг от друга [1].

При сжатии таким образом сформированного сигнала образуются боковые составляющие, затрудняющие измерения в виду их неоднозначности.

Известен способ обработки импульсного сигнала, обеспечивающий подавление боковых составляющих [2]. Недостатком указанного способа являются уменьшение амплитуды и расширение импульса, соответствующего центральному максимуму.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран наиболее близкий к заявляемому способ обработки сигнала, представленного в виде последовательности (пачки) импульсов, основанный на преобразовании амплитуды несущих колебаний, частоты, в частности, посредством гетеродинирования с последующим подавлением высокочастотной составляющей, на задержке и сжатии сигнала путем суммирования импульсов [3].

Данный способ так же, как и выше упомянутые, не обеспечивает однозначности в определении измеряемых параметров в виду наличия боковых составляющих в суммарном сигнале, полученном при обработке последовательности.

Задачей изобретения является разработка способа формирования и сжатия импульсного радиосигнала, обеспечивающего в процессе сжатия сигнала подавление боковых составляющих без изменения центрального максимума.

Сущность решения поставленной задачи заключается в том, что при формировании передаваемого сигнала в виде последовательности радиоимпульсов путем модулирования колебаний несущей частоты осуществляют смещение модулирующих импульсов относительно исходного положения (относительно начала последовательности). Величина смещения каждого импульса выбирается равной заранее известному псевдослучайному числу. В процессе сжатия принимаемого сигнала предварительно осуществляют преобразование несущих колебаний и задержку импульсов в соответствии с их смещением. Затем импульсы суммируют, обеспечивая в зависимости от характера преобразования несущих колебаний когерентное или некогерентное накопление сигнала.

Техническим результатом изобретения является однозначность в определении измеряемых параметров благодаря подавлению боковых составляющих в выходном сигнале без изменения амплитуды и ширины центрального максимума. Помимо этого, предварительное преобразование несущих колебаний позволяет в случае необходимости осуществлять переход от когерентного к некогерентному накоплению импульсов без изменения структуры схемы обработки сигнала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена упрощенная схема формирования последовательности (пачки) импульсов; на фиг. 2 изображена упрощенная схема обработки сигнала путем сжатия пачки импульсов; на фиг. 3 представлена схема преобразователя, включенного в состав упомянутой схемы обработки сигнала.

Для формирования пачки импульсов используется схема, содержащая согласно фиг. 1 генератор 1 импульсов (ГИ), подключенный к блоку 2 управления и соединенный с линиями задержки (ЛЗ) 3, связанными с сумматором 4, выход которого подключен к модулятору 5, на второй вход которого подается высокочастотный сигнал ≈ U. Выход модулятора 5 связан с передатчиком (на чертеже не показано).

Схема, обеспечивающая сжатие сигнала путем суммирования импульсов, в соответствии с фиг. 2 содержит преобразователь 6, соединенный с устройством 7 управления и фильтром 8, выход которого связан посредством блока 9 линий задержек с линейным сумматором 10, подключенным к регистрирующему устройству 11.

Упомянутый преобразователь 6 согласно фиг. 3 содержит гетеродин 12, соединенный с входом смесителя 13, выход которого через переключатель 14 связан с фильтром 8, и выпрямитель 15, также соединенный через переключатель 14 с фильтром 8. Гетеродин 12 связан с устройством 7 управления. Входы смесителя 13 и выпрямителя 15 соединены с выходом приемника (на чертеже не показано). Помимо этого, переключатель 14 соединен с устройством 7 управления.

Формирование и сжатие пачки импульсов осуществляют следующим образом.

На выходе ГИ 1 по команде блока 2 управления формируется прямоугольный импульс, который подают на входы ЛЗ 3, где производят задержку импульса на заданное время. Время задержки (смещения) импульса относительно начала пачки для каждой ЛЗ различно и определяется в соответствии с выражением где j - порядковый номер ЛЗ 3, соответствующий номеру импульса в пачке; N - количество импульсов в пачке; t_n - длительность пачки импульсов; r_j - псевдослучайное число, выбранное из интервала τ_и - длительность импульса. Далее импульсы подают на входы сумматора 4, где формируют последовательность импульсов, которые затем поступают на модулятор 5, на который помимо этого подается высокочастотное напряжение. После модуляции высокочастотного сигнала осуществляют его передачу.

Равномерный закон распределения псевдослучайных чисел обеспечивает переменный период следования импульсов и минимальное значение автокорреляционной функции сигнала при всех значениях временного сдвига, за исключением совпадающего с нулевым.

Как показано в [3], наиболее простой вариант обработки сигнала осуществляется путем некогерентного накопления импульсов (видеоимпульсов). Работа схемы сжатия сигнала в указанном режиме заключается в следующем.

Принятый импульсный сигнал подают на выпрямитель 15 преобразователя 6 и после выпрямления через переключатель 14 на фильтр 8, где подавляется высокочастотная составляющая. Затем сигнал в виде пачки видеоимпульсов подается на блок 9 ЛЗ. Задержку каждого импульса осуществляют в соответствии с его временным смещением: τ_jзад = t_n-τ_jсм, что достигается предварительной настройкой (подбором) ЛЗ блока 9. После задержки импульсы подают на линейный сумматор 10, где осуществляется накопление сигнала за счет суммирования импульсов. Максимальное значение полученного в результате суммирования сигнала измеряют с помощью регистрирующего устройства 11.

Как показали исследования, при рациональном выборе скважности и количества импульсов в пачке боковые составляющие суммарного сигнала в отличие от прототипа имеют минимальное значение. Центральный максимум, представляющий, как и в прототипе, сумму всех импульсов, имеет амплитуду, в десятки раз превышающую уровень шума, образованного боковыми составляющими. Что в полной мере подтвердилось при моделировании процесса обработки сигнала.

Нужно заметить, что использование упрощенного способа формирования пачки импульсов не позволяет достичь такого эффекта в подавлении боковых составляющих даже в случае неодинаковых интервалов между импульсами.

При обработке сигнала, предусматривающей когерентное накопление импульсов, необходимо обеспечить согласование фаз несущих колебаний импульсов. Для этого требуется соблюдение кратности периода повторения импульсов периоду несущих колебаний, т.е.

t_n/N = T_к · i, (i = 1, 2, 3, ...), (1) где T_к - период несущих колебаний, суммируемых при обработке импульсов. Поэтому число r_j задают в соответствии с формулой r_j = T_к S_j, (2) где S_j - псевдослучайное целое число, выбранное из интервала При когерентном накоплении сигнала схема работает следующим образом.

По команде устройства 7 управления вход фильтра 8 соединяется с помощью переключателя 14 с выходом смесителя 13. Выпрямитель 15 при этом отключается от фильтра 8. Принимаемый сигнал подают на смеситель 13, с выхода которого преобразованный сигнал поступает на фильтр 8, где подавляется высокочастотная составляющая. Соответствие частоты преобразованного сигнала значению, при котором соблюдаются условия (1) и (2), достигается за счет установки нужной частоты выходного сигнала гетеродина 12 с помощью устройства 7 управления. Далее осуществляют задержку, суммирование импульсов и определение значения результирующего сигнала аналогично тому, как это происходит в схеме при некогерентном накоплении, рассмотренном выше.

Как показала опытная проверка, универсальность схемы, обеспечивающая переход от когерентного к некогерентному накоплению без изменения структуры схемы, легко достижима при цифровой реализации устройства обработки сигнала.

Помимо этого, моделирование подтвердило высокую эффективность предложенного способа, обеспечивающего возможность формирования импульсного сигнала, а также практически полное подавление боковых составляющих в выходном сигнале без изменения амплитуды и ширины центрального максимума в процессе сжатия пачки импульсов.

Литература 1. Радиолокационные устройства / В.В.Васин, О.В.Власов, В.В.Григорин-Рябов и др.; Под ред. В.В.Григорина-Рябова. - М.: Сов.радио, 1970, - с. 195 - 200.

2. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981, - с. 122 - 123.

3. Белоцерковский Г. Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов. радио, 1975, - с. 38-42 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ формирования и сжатия импульсного радиосигнала, представленного в виде последовательности импульсов, основанный на преобразовании частоты несущих колебаний и подавлении высокочастотной составляющей, возникающей при выполнении указанного преобразования, а также на накоплении сигнала посредством суммирования импульсов в процессе обработки названной последовательности, отличающийся тем, что, осуществляя формирование радиосигнала, производят генерацию и задержку каждого импульса во времени относительно начала последовательности на величину

где j - порядковый номер импульса;
N - количество импульсов в последовательности;
t_n - длительность последовательности;
r_i - псевдослучайное число, выбранное из интервала (0, t_n/N-τ_и);
τ_и - длительность импульса,
при этом в процессе обработки последовательности импульсов перед их суммированием осуществляют задержку каждого из импульсов на время τ_jзад = t_n-τ_jсм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании импульсного радиосигнала задают значение r_j равным Т_кS_j, где Т_к - период несущих колебаний, суммируемых при обработке импульсов; S_j - псевдослучайное целое число, выбранное из интервала

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3