Адаптивное многофункциональное корреляционно-фильтровое устройство

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и радиосвязи и может быть использовано для определения параметров радиосигналов. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение помехоустойчивости и классификации, а также снижение погрешностей измерения амплитуды, средней и тактовой частот фазоманипулированных сигналов. Для этого в состав адаптивного многофункционального корреляционно-фильтрового устройства, реализованного на основе частотного дискриминатора, дополнительно введены каналы поиска по частоте и обнаружения сигнала; канал адаптации по средней и тактовой частотам сигнала; канал классификации и точного измерения параметров сигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и радиосвязи и может быть использовано для определения параметров радиосигналов.

Одним из актуальных направлений в радиосвязи является повышение энергетической скрытности создаваемых средств связи. Для обеспечения скрытности создаваемых средств связи используется широкополосные сигналы с низким энергетическим потенциалом, в том числе фазоманипулированные сигналы (ФМС).

При проведении радиомониторинга слабых ФМС возникает необходимость в их обнаружении, классификации и оценивании таких параметров, как амплитуда U_ms, тактовая частота F и средняя частота f_s. Кроме того, при построении средств радиомониторинга необходимо обеспечивать оперативность обработки ФМС.

С учетом вышеперечисленного для проведения эффективного радиомониторинга слабых широкополосных ФМС необходимо разработать принципы построения многофункционального автокорреляционного устройства (МАУ), функционирующего при отсутствии априорной информации о классе и параметрах принимаемых сигналов (U_ms, F, f_s) при отношении сигнал/помеха, меньшем единицы.

В теории потенциальной помехоустойчивости показано, что для решения подобных задач наиболее эффективными являются алгоритмы автокорреляционной обработки [1].

Известно устройство для измерения средней частоты сигналов (А.С. СССР №1237985, опубликовано в ОБИ №22, 1986), содержащее квадратурный фазовый коррелятор, на один из входов которого сигнал подается непосредственно, а на другой - через линию задержки, на выходах перемножителей фазового коррелятора включены интеграторы, квадраторы, блоки вычитания, суммирования, деления, функциональный преобразователь и индикатор.

Признаками данного аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются квадратурный фазовый коррелятор, на выходах которого включены интеграторы и квадраторы, функциональный преобразователь и индикатор. К недостаткам аналога следует отнести: 1) малую допустимую крутизну дискриминационной характеристики, 2) возможность обработки при уровне принимаемых сигналов, большем уровня помехи, 3) ограниченные функциональные возможности, поскольку измеряется только один параметр сигналов (средняя частота).

Известно также устройство для определения классов радиосигналов (А.С. СССР №1503024, опубликовано в ОБИ №31, 1989), содержащее корреляционно-фильтровое устройство, линии задержки, интеграторы, фазовые детекторы, перемножители, генератор, фазовращатель, блоки вычитания и суммирования, индикатор в виде электронно-лучевой трубки.

Признаками данного аналога, совпадающего с существенными признаками заявляемого устройства, являются корреляционно-фильтровое устройство, на выходах которого включены интеграторы, фазовые детекторы, линия задержки, фазовращатель, перемножители, блоки вычитания и суммирования, индикатор. К недостаткам аналога следует отнести: 1) низкое быстродействие, 2) возможность обработки при уровне принимаемых сигналов, большем уровня помехи, 3) ограниченные функциональные возможности, поскольку осуществляется только классификация сигналов.

Из известных устройств, пригодных для обработки слабых широкополосных сигналов, наиболее близким по технической сущности является частотный дискриминатор (А.С. СССР №936374, опубликовано в ОБИ №22, 1982), реализованный на основе корреляционно-фильтрового преобразования, содержащий два смесителя, два полосовых фильтра, линию задержки, фазовращатель, два фазовых детектора, фильтр нижних частот, блок выделения сигнала ошибок, генератор гармонических колебаний, управляющий элемент, генератор стимулирующих сигналов, первый выход которого соединен со входом частотного дискриминатора, а второй выход соединен со входом второго фазового детектора; вход частотного детектора соединен с первым входом первого смесителя и с первым входом второго смесителя, второй вход первого смесителя соединен с выходом линии задержки, выход первого смесителя соединен со входом первого полосового фильтра, а выход первого полосового фильтра соединен с первым входом первого фазового детектора, выход второго смесителя соединен со входом линии задержки, второй выход генератора гармонических колебаний соединен со входом фазовращателя, выход которого соединен со вторым входом первого фазового детектора, выход которого соединен со входами фильтра нижних частот и второго полосового фильтра; выход фильтра нижних частот является выходом частотного дискриминатора, выход второго полосового фильтра соединен со вторым входом второго фазового детектора, выход которого соединен со входом блока выделения сигнала ошибок, выход которого соединен со входом управляющего элемента, выход которого соединен с управляющим входом генератора гармонических колебаний.

Все вышеперечисленные существенные признаки прототипа совпадают с существенными признаками заявляемого устройства.

В данном устройстве (прототипе) [2] осуществляется оценка только средней частоты широкополосных сигналов. В соответствии с терминологией, принятой в работе [3], частотный дискриминатор относится к классу специализированных корреляционно-фильтровых устройств.

К недостаткам прототипа следует отнести ограниченные функциональные возможности, а также большие погрешности при измерении средней частоты в условиях малого входного отношения сигнал/помеха и при наличии априорной неопределенности о параметрах широкополосных сигналов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности одновременного обнаружения, классификации, измерения амплитуды, средней и тактовой частот фазоманипулированных сигналов при повышении помехоустойчивости и снижении погрешностей измерения параметров сигналов при их уровне, меньшем, чем уровень помехи.

Технический результат достигается тем, что в известное адаптивное многофункциональное корреляционно-фильтровое устройство введены:

а) канал поиска по частоте и обнаружения сигналов, включающий в себя входной тракт (1), смеситель (2), перестраиваемый по частоте генератор (32), полосовой фильтр с регулировкой полосы пропускания (3), детектор огибающей (6), фильтр нижних частот (7), решающее устройство (8), управитель (36);

б) канал адаптации по средней и тактовой частотам сигнала, включающий в себя делитель напряжений (16), фазовращатель (21), смеситель (22), полосовой фильтр с регулировкой средней частоты (23), детектор огибающей (28), фильтр нижних частот (29), пороговое устройство (30), частотомер (24), решающее устройство (8), управители (26, 27);

в) канал классификации и точного измерения параметров сигналов, включающий в себя решающее устройство (8), частотомер (24), пороговое устройство (30), управители (25, 31, 34), сумматор (33), частотомер (35).

Для достижения технического результата в адаптивное многофункциональное корреляционно-фильтровое устройство, содержащее два смесителя (4, 9), два полосовых фильтра (5, 18), линию задержки (10), фазовращатель (13), два фазовых детектора (14, 17), фильтр нижних частот (15), блок выделения сигнала ошибок (19), генератор гармонических колебаний (12), управляющий элемент (20), генератор стимулирующих сигналов (11), первый выход которого соединен со входом частотного дискриминатора (37), а второй выход соединен со входом второго фазового детектора (17); вход частотного детектора (37) соединен с первым входом смесителя (4) и с первым входом смесителя (9), второй вход смесителя (4) соединен с выходом линии задержки (10), выход смесителя (4) соединен со входом полосового фильтра (5), а выход полосового фильтра (5) соединен с первым входом фазового детектора (14), выход смесителя (9) соединен со входом линии задержки (10), второй выход генератора гармонических колебаний (12) соединен со входом фазовращателя (13), выход которого соединен со вторым входом фазового детектора (14), выход которого соединен со входами фильтра нижних частот (15) и полосового фильтра (18); выход фильтра нижних частот (15) является выходом частотного дискриминатора (37), выход полосового фильтра (18) соединен со вторым входом фазового детектора (17), выход которого соединен со входом блока выделения сигнала ошибок (19), выход которого соединен со входом управляющего элемента (20), выход которого соединен с управляющим входом генератора гармонических колебаний (12) дополнительно введены: входной тракт (1), смеситель (2), перестраиваемый по частоте генератор (32), полосовой фильтр с регулировкой полосы пропускания (3), детектор огибающей (6), фильтр нижних частот (7), решающее устройство (8), управитель (36); делитель напряжений (16), фазовращатель (21), смеситель (22), полосовой фильтр с регулировкой средней частоты (23), детектор огибающей (28), фильтр нижних частот (29), пороговое устройство (30), частотомер (24), решающее устройство (8), управители (26, 27), решающее устройство (8), частотомер (24), пороговое устройство (30), управители (25, 31, 34), сумматор (33), частотомер (35), причем вход входного тракта (1) является входом заявляемого устройства, а выход входного тракта (1) соединен с первым входом смесителя (2), второй вход которого соединен с первым выходом управляемого по частоте генератора (32), выход смесителя (2) соединен со входом полосового фильтра с регулируемой полосой пропускания (3), управляющий вход которого соединен с выходом управителя (25), выход детектора огибающей (6) соединен со входом фильтра нижних частот (7), выход которого соединен с первым входом решающего устройства (8) и вторым входом делителя напряжений (16), второй вход решающего устройства (8) соединен с выходом первого частотомера (24), третий вход решающего устройства (8) соединен с выходом порогового устройства (30), четвертый вход решающего устройства (8) соединен с выходом частотомера (35), управляющий выход решающего устройства (8) соединен со входами управителей (25, 26, 27, 31, 34, 36), выход фильтра нижних частот (15) соединен с первым входом делителя напряжений (16), выход которого соединен со входом управителя (34), вход фазовращателя (21) соединен со вторым выходом генератора гармонических колебаний (12), а выход фазовращателя (21) соединен со вторым входом смесителя (22), выход которого соединен со входом полосового фильтра с регулируемой средней частотой (23), выход которого соединен со входами частотомера (24) и входом детектора огибающей (28), выход которого соединен со входом фильтра нижних частот (29), выход которого соединен со входом порогового устройства (30); выход управителя (25) соединен с управляющим входом фильтра (3), выход управителя (26) соединен с управляющим входом линии задержки (10), выход управителя (31) соединен с управляющими входами входного тракта (1) и генератора стимулирующих сигналов (11), второй выход управляемого по частоте генератора (32) соединен со входом частотомера (35), выход делителя напряжений (16) соединен со входом управителя (34), выход управителя (34) соединен с первым входом сумматора (33), выход управителя (36) соединен со вторым входом сумматора (33), выход сумматора (33) соединен с управляющим входом генератора (32).

На чертеже приведена структурная схема адаптивного многофункционального корреляционно-фильтрового устройства (АМКФУ), где 1 - входной тракт; 3, 5, 18, 23 - полосовые фильтры (ПФ₁, ПФ₂, ПФ₃, ПФ₄); 13, 21 - фазовращатели (Фвр₁, Фвр₂); 2, 4, 9, 22 - смесители (См₁, См₂, См₃, См₄); 7, 15, 29 - фильтры нижних частот (ФНЧ₁, ФНЧ₂, ФНЧ₃); 6, 28 - детекторы огибающей (ДО₁, ДО₂); 10 - линия задержки (ЛЗ); 11 - генератор стимулирующего сигнала (Г_стс); 12, 32 - генераторы (Г₁, Г₂); 14, 17 - фазовые детекторы (ФД₁, ФД₂); 19 - блок выделения сигнала ошибки (БВСО); 20 - управляющий элемент (УЭ); 16 - делитель напряжений (Дел); 30 - пороговое устройство (ПУ); 24, 35 - счетчиковые частотомеры (Чр₁, Чр₂); 25, 26, 27, 31, 34, 36 - управители (Упр₁, Упр₂, Упр₃, Упр₄, Упр₅, Упр₆); 33 - сумматор (Сум); 8 - решающее устройство (РУ); 37 - частотный дискриминатор (ЧД).

Возможность достижения поставленной задачи изобретения подтверждается приведенным ниже анализом работы устройства. Входной тракт (ВТ) обеспечивает на основе использования пространственной и частотной селекции разряжение потока сигналов и помех до двухкомпонентной смеси у₂(t)=S(t)+n(t), где S(t) - сигнал на выходе ВТ; n(f) - гауссовая стационарная помеха на выходе ВТ.

При приеме слабых широкополосных фазоманипулированных сигналов (ФМС) с неизвестной формой после их преобразования по частоте в смесителе (CM₁) на выходе полосового фильтра с регулируемой полосой пропускания (ПФ₁) имеем:

h_ф1(t)=2Δf_nsinc(πΔf_nt)cos(2πf_ф1t);

U_г2(t)=U_mг2cos(2πf_г2t),

где h_ф1(f) - импульсная реакция ПФ₁; U_г2(f) - напряжение генератора с управляемой частотой (Г₂) с амплитудой U_mг2 и частотой f_г2; f_ф1, Δf_n - средняя частота и максимально возможная полоса пропускания ПФ₁.

Напряжение у₂₀(f) представляет аддитивную смесь:

у₂₀(t)=S₀(t)+n₀(t) при t₀≤t≤t₀+Т_с;

S₀(t)=U_ms0П(t)cos[ω_s0t+φ_s0]; ω_s0=2πf_s0; ω_s0=ω_s-ω_г2;

ω_г2=2πf_г2; f_s∈[f_sн, f_sв]; Δf_s∈[Δf_sн, Δf_sв]; φ_s0∈[0,2π]; ΔF=f_sв-f_sн;

при τ≤T_э;

r_n(τ)=sinc(πΔf_nτ);

где S₀(t), n₀(t) - ФМС и помеха n₀(t) на выходе ПФ₁; U_ms0, ω_s0, φ_s0 - амплитуда, средняя частота и начальная фаза ФМС на выходе ПФ₁; П(t) - псевдослучайная манипулирующая последовательность; ω_s - средняя частота ФМС на выходе ВТ; f_sн, f_sв - нижняя и верхняя границы частоты f_s; Δf_sн, Δf_sв - нижняя и верхняя границы ширины спектра Δf_s принимаемых ФМС; Т_э - длительность элемента (посылки) ФМС; F - тактовая частота ФМС; R_s0(τ), R_n0(τ) - автокорреляционная функция ФМС S₀(t) и помехи n₀(t); r_s(τ), r_n(τ) - огибающая коэффициента автокорреляции ФМС S₀(t) и помехи n₀(t); , N_n0 - дисперсия и спектральная плотность помехи n₀(t), t₀, Т_c - момент начала и длительность сеанса функционирования АМКФУ.

Процесс обработки ФМС в АМКФУ состоит из пяти этапов адаптации. На первом этапе осуществляется поиск по частоте и обнаружение ФМС.

Процесс перестройки частоты Г₂ продолжается до тех пор, пока не выполнится условие f_s0=f_s-f_г2(t)∈[(f_ф1-Δf_n/2); (f_ф1+Δf_n/2)]. После чего поиск по частоте прекращается и осуществляется обнаружение ФМС.

Для осуществления корреляционно-фильтровой обработки необходимо формировать опорное напряжение у₂₂(t-τ_лз), которое получается в результате смещения процесса у₂₀(t) на фиксированную частоту f_г1 и временного сдвига на величину τ_лз:

h_ф(t)=2Δf_nsinc(πΔf_nt)cos[2π(f_s0+f_г1)t]; U_г1(t)=U_mг1cos(2πf_г1t),

где h_ф(f) - импульсная реакция полосового фильтра, входящего в нагрузку смесителя (См₃) и имеющего среднюю частоту f_s0+f_г1 и полосу пропускания Δf_n; U_г1(t) - напряжение гетеродина гармонического колебания (Г₁), имеющего амплитуду U_mг1 и частоту f_г1.

В результате корреляционно-фильтровой обработки на выходе полосового фильтра (ПФ₂) имеем напряжение:

h_ф2(t)=2Δf_ф2sinc(πΔf_ф2t)cos(2πf_г1t),

где h_ф2(t) - импульсная реакция полосового фильтра (ПФ₂), имеющего полосу пропускания Δf_ф2 и среднюю частоту f_г1, U₅₁(t) - компонент, обусловленный взаимодействием типа «сигнал-сигнал»; U₅₂(t) - компонент, обусловленный взаимодействием типа «сигнал-помеха»; U₅₃(t) - компонент, обусловленный взаимодействием типа «помеха-помеха»;.

При приеме ФМС с неизвестной формой имеем

U₅₁(t)=U_m51П(t)П(t-τ_лз)cos{2π[f_г1t+(f_s0+f_r1)τ_лз]} при Δf_ф2-Δf_sв.

Алгоритм обнаружения ФМС имеет следующий вид:

при t₀≤t≤t₀+Δt₁;

Δt₁=ΔFT₁/2Δf_n;

где Н₀ - гипотеза об обнаружении ФМС; U₇(T₁) - напряжения на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ₁), имеющего постоянную времени накопления Т₁; U_пор1 - нормированный порог при обнаружении; К_п - коэффициент пропорциональности размерностью 1/В; Δt₁ - длительность первого этапа обработки ФМС.

Анализ характеристик обнаружения ФМС с учетом методики, изложенной в [1], показывает, что при Δf_n≥f_sв; Δf_ф2≈Δf_sв и Δf_ф2T₁>>1 за счет нормализации напряжения U₇(T₁) можно использовать следующие соотношения:

α₁=1-Ф(g_п),

где D₁, α₁ - вероятности правильного обнаружения и ложных тревог; Ф(x), arc Ф(х) - функция Лапласа и обратная функция Лапласа; - отношение сигнал/помеха по мощности на выходе ПФ₁; g₀ - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе ФНЧ₁; g_п - нормированный порог в РУ; g_ф - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе ПФ₂.

После обнаружения сигнала по командам из РУ поиск по частоте прекращается за счет отключения управителя (Упр₆) и начинается предварительная подстройка частоты Г₂ за счет подключения управителя (Упр₅), что соответствует второму этапу адаптации, в ходе которого обеспечивается предварительное устранение априорной неопределенности о частоте f_s ФМС до тех пор, пока не достигается условие

f_s-Δf_г2(t)=f_s0→f_ф1 при t₀+Δt₁≤t≤t₀+Δt₁+Δt₂,

где Δt₂ - длительность этапа предварительной подстройки частоты гетеродина Г₂.

На данном этапе функционирования АМКФУ в качестве сигнала рассогласования используется напряжение на выходе ФНЧ₂

Учитывая, что

U₁₃(t)=U_mг1cos[2πf_г1t+φ_фвр1], получаем при

φ_фвр1=π/2;

где T₂ - постоянная времени накопления в ФНЧ₂; U₅₁(t) - напряжение на выходе

ПФ₂; U₁₃(t) - напряжение на выходе фазовращателя (Фвр₁); δφ - фазовый сдвиг, обусловленный неидеальностью аппаратурной реализации АМКФУ; φ_фвр1 - фазовый сдвиг, вносимый Фвр₁.

Для обеспечения инвариантности сигнала рассогласования к изменению амплитуды сигнала S(f) в делителе напряжений (Дел) осуществляется нормировка и при этом на выходе Дел при 2πf_г1τ_лз+δφ=2πk, где k - целое число, имеем дискриминационную характеристику в виде

U₁₆(t)=sin{2π[f_s-f_г2(t)]τ_лз}→0.

Поскольку дискриминационная характеристика корреляционно-фильтрового частотного дискриминатора в общем случае представляет периодическую функцию, то при этом возникает «проблема многозначности» при подстройке частоты Г₂.

Для устранения многозначности необходимо, чтобы величина задержки выбиралась из условия

τ_лз=τ₀=1/2Δf_n.

Как показано в работе [1], среднеквадратичная флюктуационная погрешность подстройки частоты гетеродина Г₂ σf₁ может быть рассчитана из следующих соотношений:

σf₁=1/S₁g_f1; S₁=πΔf_n;

где S₁ - крутизна дискриминационной характеристики при τ₀=1/Δf_n; g_f1 - отношение сигнал/помеха по напряжению на выходе ФНЧ₂.

После завершения этапа предварительной подстройки частоты гетеродина Г₂ начинается третий этап адаптации, обеспечивающий классификацию принимаемого сигнала и оценивания тактовой частоты F и ширины спектра ФМС при оптимизации помехоустойчивости АМКФУ. С этой целью с РУ поступают команды на отключение управителей (Упр₅ и Упр₆) и подключение управителей (Упр₂ и Упр₃).

В ходе данного этапа адаптации осуществляется синхронная перестройка временного сдвига, вносимого линией задержки (ЛЗ) τ_лз(t) и средней частоты полосового фильтра (ПФ₄)f_ф4(t).

Напряжение на выходе смесителя (См₄) при наличии на входе АМКФУ только сигнала имеет вид:

где h(t) - импульсная реакция линейных цепей на выходе См₄.

Учитывая, что

U₂₁(t)=U_mг2cos(2πf_г1t+φ_фвр2) при 2πf_г1τ_лз+δφ-φ_фвр2=2πk имеем

где I(τ_лз) - интеграл, величина которого зависит от τ_лз; φ_фвр2 - фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем (Фвр₂).

Энергетический спектр интеграла I(τ_лз) состоит из трех нормированных компонентов [4]:

G(f, τ_лз)=G₁(f, τ_лз)+G₂(f, τ_лз)+G₃(f, τ_лз);

где G₁(f, τ_лз) - спектр, 1-го компонента, представляющего собой постоянную составляющую выходного эффекта; G₂(f, τ_лз) - спектр 2-го компонента, обладающего дискретным характером; С₃(f, τ_лз) - спектр 3-го компонента, имеющего непрерывный характер, соответствующий «собственному шуму» ФМС.

Для выделения информации о тактовой частоте манипуляции F ФМС целесообразно использовать на выходе смесителя (См₄) полосовой фильтр с регулируемой средней частотой (ПФ₄) с импульсной реакцией

h_ф4(t)=2Δf_ф4sinc(πΔf_ф4t)cos(2πf_ф4t),

где Δf_ф4, f_ф4 - полоса пропускания и средняя частота полосового фильтра ПФ₄.

В общем случае при априорной неизвестной частоте манипуляции F компонент

G₂(f, τ_лз) на выходе ПФ₄ не выделяется, поскольку f_ф4≠F. Это приводит к необходимости вышеупомянутой перестройки τ_лз(t) и f_ф4(t).

При реализации дискретно-шагового закона перестройки для

t₀+Δt₁+Δt₂≤t≤t₀+Δt₁+Δt₂+Т_τ имеем:

τ_лз(t)=τ₀+(i-1)Δτ; τ₀=1/2Δf_n; Δτ=Δf_ф4/2F(F_в-Δf_ф4);

f_ф4(t)=F_в-(i-1)Δf_ф4; F₀=Δf_n; i∈[1, n_ш]; Δf=Δf_ф4;

n_ш=(τ_лзв-τ₀)/Δτ; Т_τ=n_шТ₃; τ_лзв=1/2 F_н,

где T_τ - максимальный интервал времени, необходимый для реализации поисковых процедур [τ_лз(t), f_ф4(t)]; τ₀, F₀ - начальное значение τ_лз и f_ф4; Δτ, Δf - величина шага перестройки τ_лз и f_ф4; n_ш - максимально возможное количество шагов перестройки в процессе поиска; τ_лзв - верхняя граница диапазона перестройки τ_лз(t); Т₃ - постоянная времени накопления фильтра нижних частот (ФНЧ₃).

В процессе перестройки максимальное значение компонента G₂(f, τ_лз) достигается при выполнении условий τ_лз(t)→T_э/2→1/2F и f_ф4(f)∈[(F-Δf_Ф4/2); (F+Δf_ф4/2)], необходимых для прекращения поиска.

Для классификации принятого сигнала S(t) в качестве информативного признака используется компонент G₂(f, τ_лз), который характерен только для ФМС.

Алгоритм классификации ФМС имеет вид:

при t_i≤t≤t_i+T₃,

где Н_ФМ - гипотеза о приеме ФМС; U₃₀(Т₃) - напряжения на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ₃); U₂₃(t) - напряжение на выходе ПФ₄; U_пор3 - пороговое напряжение в пороговом устройстве (ПУ); t_i - момент времени, соответствующий началу i-го шага перестройки ЛЗ и ПФ₄.

При срабатывании ПУ в РУ поступает информация, соответствующая гипотезе

Н_ФМ и оценке номера шага перестройки по которой устанавливается оценка временного сдвига и оценка средней частоты ПФ_{4 ф4i}. После этого с РУ на Упр₂ и Упр₃ подается команда на прекращение перестройки ЛЗ и ПФ₄.

С выхода ПУ подается также команда на подключение частотомера (Чр₁) для оценки манипулирующей частоты в течение интервала времени Т_F, информация о которой подается в РУ.

Третий этап обработки информации в АМКФУ реализуется за интервал времени Δt₃=T_τ+Т_F.

Вероятность ошибочных решений при классификации ФМС Р_кл может быть рассчитана из соотношений [1]:

Р_кл=0,5(β₂+α₂); β₂=1-D₂; α₂=1-Ф(g_п2)

где β₂, α₂ - вероятности пропуска сигнала и ложной тревоги; g_τ, g_F - отношения сигнал/помеха по напряжению на выходе ФНЧ₃ и ПФ₄; g_п2 - нормированный порог в ПУ.

При использовании счетчикового метода оценки частоты относительная среднеквадратичная флюктуационная погрешность оценивания частоты равна [5]:

σF/F=1/2πmg_F, m=FT_F,

где m - количество периодов манипулирующей частоты F за сеанс оценивания Т_F.

В ходе четвертого этапа обработки информации в АМКФУ в начале осуществляется подстройка полосы пропускания в ПФ₁ Δf_ф1 с целью ее согласования с оценкой ширины спектра сигнала а затем производится уточнение оценок амплитуды средней и манипулирующей частот ФМС.

Для подстройки полосы пропускания ПФ₂ с выхода РУ на управитель (Упр₁) подается целеуказание, соответствующее

В результате адаптации при обработке информации в АМКФУ погрешности оценивания параметров уменьшаются, поскольку полоса пропускания ПФ₁ сокращается до а крутизна дискриминационной характеристики S_т возрастает и становится равной

С учетом вышеизложенного уточненные среднеквадратичные флюктуационные погрешности оценивания параметров ФМС могут быть рассчитаны при из следующих соотношений:

σf_т=1/S_тg_fт;

σF_т/F=1/2πmg_Fт;

где g_от, g_fr, g_Fт - отношения сигнал/помеха по напряжению на выходе ФНЧ₁, ФНЧ₂, ФНЧ₃ после проведения адаптации и устранения влияния априорной неопределенности о частоте f_s и ширине спектра Δf_s ФМС.

Оценка частоты ФМС равна - оценка частоты гетеродина Г₂, которая фиксируется частотомером Чр₂ в ходе четвертого этапа адаптации и передается в РУ. Четвертый этап обработки информации в АМКФУ реализуется за интервал времени Δt₄=Г_Δfф+T_f, где Т_Δfф - время, необходимое для подстройки полосы пропускания ПФ₁; T_f - время, необходимое для оценки частоты генератора Г₂.

В тех случаях, когда при оценивании частоты f_s сигнала необходимо устранить аппаратурную погрешность, обусловленную нестабильностью ЛЗ, целесообразно периодически использовать пятый этап обработки информации в АМКФУ, обеспечивающий режим калибровки ЛЗ.

При этом по командам из РУ отключается ВТ и включается генератор стимулирующего сигнала (Г_стс). В результате обработки стимулирующего сигнала на выходе устройства выделения сигнала ошибки (УВСО) формируется сигнал рассогласования, который через управляющий элемент (УЭ) осуществляет подстройку частоты генератора Г₁ таким образом, чтобы выполнялось условие что и обеспечивает устранение смещенности нуля дискриминационной характеристики за счет аппаратурного фазового сдвига δφ. Длительность пятого этапа Δt₅ определяется постоянной времени УЭ Т_уэ. После завершения пятого этапа по командам с РУ Г_стс отключается, а ВТ включается.

Полная длительность сеанса обработки ФМС в АМКФУ равна

где Δt_j - длительность j-го этапа функционирования АМКФУ.

Для иллюстрации полученных соотношений рассмотрим пример при следующих исходных данных: ΔF=6·10⁷ Гц; F_н=10⁶ Гц; F_в=10⁷ Гц; Δf_n=2,5·10⁷ Гц; Δf_ф1=2·10⁷ Гц; T₁=10^-2 c; τ₀=1/2Δf_n=2·10^-8 с; Т₂=10^-2 с; Т_F=10^-2 с; Т₃=10⁴ с; Δf_ф4=10⁵ Гц.

При использовании АМКФУ без адаптации в результате экспресс-анализа ФМС имеем:

D₁=0,85; α₁=10^-5; σU_ms/U_ms=0,2; σf₁=10⁵ Гц; Р_кл=10^-3; σF₁=20 Гц; Т_c=5·10^-2 с.

При использовании АМКФУ адаптации при приеме ФМС с шириной спектра Δf_s=2·10⁶ Гц имеем:

D_1а→1; α₁=10^-5; σU_msт/U_ms=5·10^-3; σf_т=1,9·10³ Гц; Р_кл→0; σF₂=1,5 Гц; Tc=10^-1 с.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает оперативный радиомониторинг слабых широкополосных ФМС с расширением функциональных возможностей и снижением погрешностей оценивания основных параметров (U_ms, F, f_s) и повышением помехоустойчивости при обнаружении и классификации ФМС.

Реализация устройства не вызывает затруднений. Все его функциональные узлы являются типовыми и могут быть выполнены на основе современной элементной базы.

Источники информации

1. Дятлов А.П. Корреляционные устройства в радионавигации. Часть I, II. - Таганрог: ТРТИ, 1988.

2. Авт. св. СССР №936374, оп. БИ №22, 1982.

3. Свистов В.М. Радиолокационные сигналы и их обработка. - М.: Сов. Радио, 1977.

4. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. - М.: Связь, 1979.

5. Аппаратура для частотных и временных измерений. Под ред. А.П. Горшкова. - М.: Сов. Радио, 1971.

Адаптивное многофункциональное корреляционно-фильтровое устройство, содержащее два смесителя (4, 9), два полосовых фильтра (5, 18), линию задержки (10), фазовращатель (13), два фазовых детектора (14, 17), фильтр нижних частот (15), блок выделения сигнала ошибок (19), генератор гармонических колебаний (12), управляющий элемент (20), генератор стимулирующих сигналов (11), первый выход которого соединен со входом частотного дискриминатора (37), который соответствует выходу полосового фильтра (3), а второй выход генератора стимулирующих сигналов (11) соединен со входом второго фазового детектора (17); вход частотного детектора (37), то есть выход полосового фильтра (3), соединен с первым входом смесителя (4) и с первым входом смесителя (9), второй вход смесителя (4) соединен с выходом линии задержки (10), выход смесителя (4) соединен со входом полосового фильтра (5), а выход полосового фильтра (5) соединен со входом детектора огибающей (6), с первым входом фазового детектора (14) и с первым входом смесителя (22), второй вход смесителя (9) соединен с первым выходом генератора (12), а выход смесителя (9) соединен со входом линии задержки (10), второй выход генератора гармонических колебаний (12) соединен со входом фазовращателя (13), выход которого соединен со вторым входом фазового детектора (14), выход которого соединен со входами фильтра нижних частот (15) и полосового фильтра (18); выход фильтра нижних частот (15) является выходом частотного дискриминатора (37), выход полосового фильтра (18) соединен со вторым входом фазового детектора (17), выход которого соединен со входом блока выделения сигнала ошибок (19), выход которого соединен со входом управляющего элемента (20), выход которого соединен с управляющим входом генератора гармонических колебаний (12), отличающееся тем, что в него введены входной тракт (1), смеситель (2), перестраиваемый по частоте генератор (32), полосовой фильтр с регулировкой полосы пропускания (3), детектор огибающей (6), фильтр нижних частот (7), решающее устройство (8), управитель (36); делитель напряжений (16), фазовращатель (21), смеситель (22), полосовой фильтр с регулировкой средней частоты (23), детектор огибающей (28), фильтр нижних частот (29), пороговое устройство (30), частотомер (24), управители (26, 27); управители (25, 31, 34), сумматор (33), частотомер (35), причем вход входного тракта (1) является входом заявляемого устройства, а выход входного тракта (1) соединен с первым входом смесителя (2), второй вход которого соединен с первым выходом управляемого по частоте генератора (32), выход смесителя (2) соединен со входом полосового фильтра с регулируемой полосой пропускания (3), вход детектора огибающей (6) соединен с выходом полосового фильтра (5), а выход детектора огибающей (6) соединен со входом фильтра нижних частот (7), выход которого соединен с первым входом решающего устройства (8) и вторым входом делителя напряжений (16), второй вход решающего устройства (8) соединен с выходом первого частотомера (24), третий вход решающего устройства (8) соединен с выходом порогового устройства (30), четвертый вход решающего устройства (8) соединен с выходом частотомера (35), управляющий выход решающего устройства (8) соединен со входами управителей (25, 26, 27, 31, 34, 36), выход фильтра нижних частот (15) соединен с первым входом делителя напряжений (16), выход которого соединен со входом управителя (34), вход фазовращателя (21) соединен со вторым выходом генератора гармонически колебаний (12), а выход фазовращателя (21) соединен со вторым входом смесителя (22), выход которого соединен со входом полосового фильтра с регулируемой средней частотой (23), выход которого соединен со входами частотомера (24) и входом детектора огибающей (28), выход которого соединен со входом фильтра нижних частот (29), выход которого соединен со входом порогового устройства (30), выход порогового устройства (30) соединен с управляющим входом частотомера (24) и вторым входом решающего устройства (8), выход управителя (25) соединен с управляющим входом фильтра (3), выход управителя (26) соединен с управляющим входом линии задержки (10), выход управителя (31) соединен с управляющими входами входного тракта (1) и генератора стимулирующих сигналов (11), второй выход управляемого по частоте генератора (32) соединен со входом частотомера (35), выход делителя напряжений (16) соединен со входом управителя (34), выход управителя (34) соединен с первым входом сумматора (33), выход управителя (36) соединен со вторым входом сумматора (33), выход сумматора (33) соединен с управляющим входом генератора (32).