Способ обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем

Авторы патента:

Филиппов Константин Викторович (RU)

Поликашкин Роман Васильевич (RU)

Вахрушев Сергей Борисович (RU)

Колесниченко Александр Владимирович (RU)

G01S7/292 - выделяющие требуемые эхо-сигналы (доплеровские системы G01S 13/50)

Владельцы патента RU 2542724:

Открытое акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" (RU)

Изобретение относится к системам, использующим отражение или вторичное излучение радиоволн. Достигаемый технический результат изобретения - повышение характеристик обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем при низких отношениях сигнал/шум с сохранением точности измерения их параметров. Указанный результат достигается тем, что выполняют обработку принятых импульсных сигналов, при этом вычисляют значения порогов принятия решений и устанавливают их в пороговых устройствах каналов обнаружения. Для обработки принятых сигналов формируют два канала обнаружения - оптимальный канал и канал медианной фильтрации, которые работают независимо друг от друга. В оптимальном канале выполняют усреднение поступающих отсчетов принятых сигналов, а в канале медианной фильтрации выполняют их обработку медианным фильтром. Затем для каждого канала обнаружения вычисляют значение разности отсчетов и сравнивают его со значением порога принятия решения. В качестве значения порога принятия решения для оптимального канала используют константу, которая определяется эмпирически и зависит от крутизны фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов, а для канала медианной фильтрации - переменную величину, зависящую от уровня шума (дисперсии шума) в каналах. Затем принимают решение о наличии или отсутствии сигналов, при этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется в обоих каналах обнаружения. 2 ил.

Изобретение относится к системам, использующим отражение или вторичное излучение радиоволн, например к радарным. Заявляемый способ может использоваться в устройствах приема и обработки радиосигналов, например во вторичных радиолокационных системах для обнаружения импульсных сигналов.

Вторичные радиолокационные системы позволяют летательным аппаратам обмениваться информацией друг с другом, а также с наземными станциями. При выделении сигналов вторичных радиолокационных систем из совокупности принимаемых сигналов (полезные импульсные сигналы с хаотическими импульсными помехами и внутрисистемными помехами) необходимо производить не только их обнаружение, но и определять параметры принятых сигналов, при этом точность измерения этих параметров является одним из важных показателей таких систем.

Из уровня техники известен способ селекции импульсных сигналов [Авторское свидетельство СССР №1541762, МПК H03K 5/24, G05B 1/01, 1988 г.], в котором сравнивают амплитуды импульсного входного сигнала с нижним и верхним пороговыми уровнями напряжения, а с целью повышения помехозащищенности выделения импульсных сигналов выделяют время нарастания уровня входного сигнала от нижнего порогового уровня напряжения до верхнего, которое сравнивают с заданным значением. После этого выделяют сигналы с амплитудой, превышающей верхний пороговый уровень, и с временем нарастания уровня сигнала в интервале от заданного значения времени нарастания уровня сигнала и выше.

В качестве прототипа для заявляемого способа выбран способ обнаружения искаженных импульсных сигналов [Патент РФ №2425394, МПК G01S 7/292, 2009 г.], включающий согласованную фильтрацию сигнала с последующим пороговым принятием решения о его наличии или отсутствии по выбранному критерию, отличающийся тем, что формируют два дополнительных канала обнаружения, в которых по известной форме исходного обнаруживаемого сигнала и заданной модели частотно-селективных искажений определяют моменты времени опорных отсчетов, в которых измеряют суммарные значения остаточного сигнала и шума на выходе согласованного фильтра и вычисляют его коэффициенты корреляции между опорными и информационным отсчетами, по которым при известной мощности выходного шума согласованного фильтра и заданной вероятности ложной тревоги вычисляют значения порогов принятия решений, которые устанавливают в управляемых пороговых устройствах дополнительных каналов обнаружения, при этом результирующее решение о наличии или отсутствии сигнала принимают на основе соответствующих частных решений по основному и дополнительным каналам обнаружения по правилу: сигнал обнаруживается, если хотя бы в одном из частных каналов обнаружения он регистрируется.

Указанные способы позволяют достоверно обнаруживать импульсные сигналы на фоне шумов в условиях частотно-селективных искажений при неизменных энергетических и частотно-временных ресурсах канала связи, но при этом полученные характеристики обнаружения не позволяют сохранить точность измерения параметров принимаемых сигналов.

Технический результат заявляемого изобретения направлен на повышение характеристик обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем при низких отношениях сигнал/шум с сохранением точности измерения их параметров.

Технический результат заявляемого способа обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем достигается тем, что выполняют обработку принятых импульсных сигналов с последующим пороговым принятием решения об их наличии или отсутствии, при этом вычисляют значения порогов принятия решений и устанавливают их в пороговых устройствах каналов обнаружения. Для обработки принятых сигналов формируют два канала обнаружения - оптимальный канал (канал усреднения) и канал медианной фильтрации, работающих независимо друг от друга. В оптимальном канале выполняют усреднение поступающих отсчетов принятых сигналов, а в канале медианной фильтрации выполняют их обработку медианным фильтром. После оптимальной обработки (усреднения) и медианной фильтрации для каждого канала обнаружения вычисляют значение разности отсчетов и сравнивают его со значением порога принятия решения. При этом в качестве значения порога принятия решения для оптимального канала используют константу, которая определяется эмпирически и зависит от крутизны фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов, а для канала медианной фильтрации - переменную величину, зависящую от уровня шума (дисперсии шума) в каналах. После этого принимают решение о наличии или отсутствии сигналов, при этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется в обоих каналах обнаружения.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем выполняют обработку принятых импульсных сигналов с последующим пороговым принятием решения об их наличии или отсутствии. Для обработки принятых сигналов формируют два канала обнаружения - оптимальный канал (канал усреднения) и канал медианной фильтрации, работающих независимо друг от друга. В обоих каналах обнаружения обрабатывают одинаковое количество одних и тех же отсчетов принятых сигналов. В оптимальном канале выполняют усреднение поступающих отсчетов принятых сигналов, а в канале медианной фильтрации осуществляют их обработку медианным фильтром, при помощи которого отфильтровывают хаотические импульсные помехи малой длительности. После оптимальной обработки (усреднения) и медианной фильтрации для каждого канала обнаружения вычисляют значение разности отсчетов и сравнивают его с заданным значением порога принятия решения, которое устанавливают в пороговом устройстве каждого канала обнаружения. За значение разности отсчетов принимают разность между соседними отсчетами или между отсчетами, удаленными друг от друга на N (N - целое число) отсчетов, где N определяется частотой дискретизации и длительностью фронтов (нарастаний и спадов) принятых импульсных сигналов.

В качестве значения порога принятия решения для оптимального канала используют константу, которая определяется эмпирически и зависит от крутизны фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов, а для канала медианной фильтрации - переменную величину, зависящую от уровня шума (дисперсии шума), присутствующего в обоих каналах обнаружения. Для определения значения порога принятия решения для канала медианной фильтрации осуществляют выделение шума. Для того чтобы амплитуда каждого принятого сигнала не влияла на выделение шума, каждый раз на интервале времени, когда амплитуда импульсного сигнала максимальна, процесс выделения шума приостанавливают. По окончании выделения шума определяют среднее значение дисперсии шума и используют его для вычисления текущего значения порога принятия решения для канала медианной фильтрации. После этого принимают результирующее решение о наличии или отсутствии сигналов. При этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется в обоих каналах обнаружения. При наличии обнаруженных импульсных сигналов определяют длительность и среднюю амплитуду каждого из них.

На фиг.1 представлена схема устройства для обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем.

Устройство состоит из схемы усреднения 1, первого порогового устройства 2, медианного фильтра 3, второго порогового устройства 4, устройства выделения шума 5 и решающего устройства 6. При этом схема усреднения 1 и первое пороговое устройство 2 образуют оптимальный канал, а медианный фильтр 3 и второе пороговое устройство 4 образуют канал медианной фильтрации. Вход схемы усреднения 1 является входом устройства. Выход схемы усреднения 1 соединен с входом первого порогового устройства 2 и с первыми входами устройства выделения шума 5 и решающего устройства 6. Вход медианного фильтра 3 соединен с входом устройства, а выход - с первым входом второго порогового устройства 4 и со вторым входом устройства выделения шума 5. Выход устройства выделения шума 5 соединен со вторым входом второго порогового устройства 4. Выходы первого 2 и второго 4 пороговых устройств соединены соответственно со вторым и третьим входами решающего устройства 6, первый выход которого соединен с третьим входом устройства выделения шума 5, а второй выход является выходом устройства.

Обнаружение сигналов вторичных радиолокационных систем реализуется устройством следующим образом.

На вход схемы усреднения 1 оптимального канала поступают отсчеты принятого импульсного сигнала (в совокупности с шумом и импульсными помехами), которые одновременно поступают на вход медианного фильтра 3 канала медианной фильтрации. Схема усреднения 1 выполняет усреднение всех поступающих отсчетов (в «скользящем окне» непрерывно вычисляется средняя величина всех находящихся в нем отсчетов), а медианный фильтр 3 выполняет фильтрацию хаотических импульсных помех малой длительности. Со схемы усреднения 1 сигнал среднего значения поступает на вход первого порогового устройства 2, на первый вход устройства выделения шума 5, а также на первый вход решающего устройства 6 для определения амплитуды принятого импульсного сигнала. С выхода медианного фильтра 3 отфильтрованный сигнал поступает на первый вход второго порогового устройства 4 и на второй вход устройства выделения шума 5. Первое 2 и второе 4 пороговые устройства вычисляют значения разностей отсчетов и сравнивают их со значениями порогов принятия решений. Селекция импульсных сигналов по разности отсчетов позволяет осуществлять обнаружение сигналов, зная только крутизну фронтов принимаемых импульсных сигналов (селекция передних фронтов (нарастаний) и задних фронтов (спадов) импульсных сигналов).

В оптимальном канале в качестве значения порога принятия решения используется константа, которая определяется эмпирически по крутизне фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов и устанавливается предварительно в первом пороговом устройстве 2. В канале медианной фильтрации в качестве значения порога принятия решения используется переменная величина, которую вычисляет устройство выделения шума 5 и передает ее текущее значение со своего выхода на второй вход второго порогового устройства 4. Значение порога принятия решения, используемое во втором пороговом устройстве 4 медианного канала, зависит от уровня шума (дисперсии шума), присутствующего в обоих каналах обнаружения, и вычисляется на основании данных, поступающих на первый и второй входы устройства выделения шума 5. Для того чтобы амплитуда каждого принятого сигнала не влияла на выделение шума, каждый раз на время, когда амплитуда импульсного сигнала максимальна, устройство выделения шума 5 отключается и закрывает схему по команде, поступающей на его третий вход с первого выхода решающего устройства 6. Данные с выходов первого порогового устройства 2 (статический порог) и второго порогового устройства 4 (динамический порог) после их срабатывания поступают соответственно на второй и третий входы решающего устройства 6. Решающее устройство 6 формирует признаки обнаружения сигнала на выходе устройства. При этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется и в оптимальном канале, и в канале медианной фильтрации. То есть формирование признаков обнаружения сигнала решающим устройством 6 осуществляется при одновременном срабатывании первого 2 и второго 4 пороговых устройств. При наличии признаков обнаружения сигнала решающее устройство 6 также определяет длительность каждого обнаруживаемого сигнала и его среднюю амплитуду. В противном случае считается, что сигналы в канале связи отсутствуют.

На фиг.2 представлены временные диаграммы следующих сигналов:

1 - сигнал, поступающий на вход устройства (отсчеты принятого сигнала на входе схемы усреднения 1 и медианного фильтра 3);

2 - сигнал после обработки медианным фильтром 3;

3 - сигнал на выходе схемы усреднения 1 (усредненный сигнал);

4 - сигнал на выходе первого порогового устройства 2 (статический порог);

5 - сигнал на выходе устройства выделения шума 5 (выделенный шум);

6 - сигнал на выходе второго порогового устройства 4 (динамический порог);

7 - сигнал на втором выходе решающего устройства 6 (обнаруженный сигнал на выходе устройства).

Таким образом, благодаря одновременному использованию свойств оптимальной обработки и свойств медианной фильтрации удалось повысить характеристики обнаружения при низких отношениях сигнал/шум, сохранив при этом высокую точность измерений параметров сигнала. При этом в предлагаемом техническом решении точность измерения параметров выделенных (обнаруженных) сигналов в t_и/t_ф раз больше по сравнению с прототипом, в котором алгоритм обнаружения построен на основе согласованной фильтрации, где t_и - длительность выделяемого импульсного сигнала, а t_ф - длительность его фронта (нарастания или спада).

Промышленная применимость данного способа возможна, исходя из того что все используемые операции практически реализуемы в цифровой технике, а также программным способом в вычислительной технике.

Способ обнаружения сигналов вторичных радиолокационных систем, в котором выполняют обработку принятых импульсных сигналов с последующим пороговым принятием решения об их наличии или отсутствии, при этом вычисляют значения порогов принятия решений и устанавливают их в пороговых устройствах каналов обнаружения, отличающийся тем, что формируют два канала обнаружения - оптимальный канал и канал медианной фильтрации, работающих независимо друг от друга, при этом в оптимальном канале выполняют усреднение поступающих отсчетов принятых сигналов, а в канале медианной фильтрации выполняют их обработку медианным фильтром, после чего для каждого канала обнаружения вычисляют значение разности отсчетов и сравнивают его со значением порога принятия решения, в качестве которого для оптимального канала используют константу, которая определяется эмпирически и зависит от крутизны фронтов обнаруживаемых импульсных сигналов, а для канала медианной фильтрации - переменную величину, зависящую от уровня шума в каналах, после этого принимают решение о наличии или отсутствии сигналов, при этом каждый из принятых сигналов считается обнаруженным, если он регистрируется в обоих каналах обнаружения.

Изобретение может быть использовано в панорамных радиоприемных устройствах систем радиомониторинга, станций радиопомех, радиолокационных систем, радиопеленгаторах, средствах радио и радиорелейной связи, а также других устройствах, в которых осуществляется обнаружение сигналов источников радиоизлучения, принимаемых на фоне шума с неизвестной интенсивностью.

Способ защиты эхо-сигналов от несинхронных импульсных помех в приемном канале импульсно-доплеровских радиолокационных станций // 2534030

Изобретение относится к радиолокации. Достигаемый технический результат - уменьшение потерь чувствительности канала обнаружения в условиях наличия множественных несинхронных импульсных помех (НИП) и взаимных помех.

Цифровой адаптивный обнаружитель // 2497144

Изобретение направлено на обнаружение квазидетерминированных гармоничных сигналов с неизвестными параметрами и известной огибающей на фоне шумов с неизвестной функцией распределения.

Измерение на основе функции детализации // 2476901

Способы и устройства для определения импульсной характеристики каналов распространения при наличии излучателей, отражателей и чувствительных элементов, стационарных или подвижных // 2457506

Способ обнаружения терпящих бедствие // 2426145

Способ обнаружения искаженных импульсных сигналов // 2425394

Изобретение относится к технике приема (обнаружения) импульсных сигналов в условиях искажающих частотно-селективных замираний и белого шума. .

Способ обнаружения терпящих бедствие // 2402787

Изобретение относится к радиолокационной технике и может найти применение в горноспасательных работах для дистанционного обнаружения жертв аварий, поиска заблудившихся и потерявшихся в лесу, терпящих бедствие в морских условиях рыбаков, особенно при плохой видимости, для поиска туристов, геологов, а также для дистанционного обнаружения пострадавших при чрезвычайных и иных обстоятельствах (несчастные случаи, боевые действия, катастрофы, стихийные бедствия, природные катаклизмы и т.д.).

Адаптивное цифровое свертывающее устройство // 2390792

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для цифровой свертки сигналов во временной области. .

Устройство формирования и обработки сигналов для рлс с частотно-сканирующей антенной решеткой // 2365935

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к устройствам формирования и обработки сигналов для радиолокационных станций (РЛС) и может быть использовано, в частности, для формирования и обработки сигналов в РЛС с частотно-сканирующей антенной решеткой.

Пассивный когерентный радиолокационный комплекс метрового и дециметрового диапазонов // 2574596

Изобретение относится к пассивным радиолокационным комплексам метрового и дециметрового диапазона. Техническим результатом изобретения является увеличение дальности обнаружения. Указанный результат достигается за счет когерентного приема сигналов, что реализуется путем использования в каждом приемном канале системы фазовой автоподстройки частоты канала и введением между смесителем и входом электронно-вычислительной машины (ЭВМ) последовательно соединенных полосового фильтра низкой частоты, усилителя низкой частоты, аналого-цифрового преобразователя. 3 ил.

Способ обнаружения групповой цели // 2597887

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) для установления факта наличия групповой цели в импульсном объеме. Достигаемый технический результат изобретения - повышение вероятности правильного обнаружения групповой цели в импульсном объеме РЛС, доплеровские частоты сигналов которой совпадают. Сущность изобретения заключается в том, что решение о наличии в импульсном объеме РЛС групповой или одиночной цели формируется на основе анализа невязок измеренных и экстраполированных значений вертикальных и горизонтальных пеленгов цели, которые существенно отличаются у одиночной и групповой цели и не зависят от доплеровских частот отраженных от нее сигналов. 1 ил.

Способ работы радиолокационной станции с повышенными допплеровскими характеристиками // 2628566

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для передачи повторяющейся последовательности из N импульсов постоянной частоты шириной t секунд при интервале между импульсами T секунд. Технический результат состоит в повышении надежности принимаемых сигналов за счет сохранения полосы частот отраженного сигнала. Для этого каждый импульс в этой последовательности имеет конкретную постоянную фазу, соответствующую квадратичной последовательности чередования фаз, и эта фаза применима к каждому импульсу в некотором первом смысле модуляции. Этот способ включает операцию фазового модулирования отраженного энергетического сигнала, принимаемого от одного или большего числа объектов, отражающих передаваемую повторяющуюся последовательность из N импульсов постоянной частоты в некотором втором смысле модуляции, противопоставляемом упомянутому первому смыслу модуляции. Способ включает операцию продуцирования из модулированных принятых отраженных энергетических сигналов N уникальных и дискретных переносов частоты принятого отраженного энергетического сигнала как функции дальности r до отражающих объектов, величина которых кратна 1/NT Гц, и эти переносы частоты могут сохранить спектр принимаемого отраженного энергетического сигнала, образуя в комбинации сложный частотный спектр сигнала. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 24 ил.

Способ и устройство выделения квадратурных компонент отраженной электромагнитной волны при возвратно-поступательном движении или вибрации цели // 2629015

Изобретение относится к области радиолокационных и лазерных измерений и касается вопросов определения параметров отражения и сигнатур для самолетов, судов и наземных транспортных средств. Достигаемый технический результат - упрощение способа выделения квадратурных компонент отраженной электромагнитной волны при возвратно-поступательном движении или вибрации цели, а также повышение его чувствительности и снижение стоимости его реализации. Указанный технический результат достигается тем, что в способе выделения квадратурных компонент отраженной электромагнитной волны при возвратно-поступательном движении или вибрации осуществляется гомодинный прием отраженного целью сигнала, а разделение квадратурных компонент полученного низкочастотного сигнала осуществляется узкополосными низкочастотными фильтрами, настроенными на соседние гармоники отраженного целью сигнала с гармонической фазовой модуляцией. Способ реализуется при помощи устройства для выделения квадратурных компонент отраженной электромагнитной волны при возвратно-поступательном движении или вибрации цели, выполненных определенным образом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ первичной импульсно-доплеровской дальнометрии целей на фоне узкополосных пассивных помех // 2641727

Изобретение относится к технике первичных дальностных измерений импульсно-доплеровских радиолокационных станций (ИД РЛС). Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости первичной дальнометрии обнаруженной одиночной либо не разрешаемой по углу и скорости группы рассредоточенных по дальности целей, которые предварительно обнаружены на фоне интенсивных пассивных помех (ПП) с узкополосным энергетическим спектром, например отражений от подстилающей поверхности земли, местных предметов и малоскоростных метеообразований. Указанный результат достигается использованием в измерительном цикле зондирования адаптированных к фоноцелевой обстановке квазинепрерывных сигналов с оптимизированными параметрами модуляции и характеристиками приемообработки локационных сигналов. Благодаря этому обеспечивается типовая для ИД РЛС эффективная доплеровская селекция целей на фоне ПП с возможностью их первичной дальнометрии за один-два цикла зондирования с точностью, соизмеримой с точностью дальностных измерений нониусным методом с многократным перебором используемых частот повторения импульсов. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте // 2642522

Изобретение относится к способам с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте. Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения движущегося объекта в шахте. Указанный результат достигается за счет того, что высокоточный способ определения местоположения с использованием двойной метки включает в себя способ определения местоположения движущегося объекта первого типа в шахте и способ определения местоположения движущегося объекта второго типа в шахте; способ включает в себя этапы, на которых: осуществляют установку двух меток определения местоположения по горизонтали или по вертикали на движущемся объекте и выполняют их с возможностью осуществления связи с двумя базовыми станциями определения местоположения, установленными вдоль потолка выработки, и получают местоположение движущегося объекта в реальном времени с помощью построения функции оптимизации между расстоянием, определенным по показателю уровня принимаемого сигнала, и расчетным расстоянием между меткой и базовой станцией определения местоположения и поиска минимального значения; решают функцию оптимизации с помощью итерационного процесса, включающего этап определения начального итерационного значения и шага итерации в левом/правом направлении. Способ применим для определения местоположения объектов с профилем в виде полосы, параллельным плоскости выработки (например, шахтная тележка или врубовая машина), или объектов с профилем в виде полосы, перпендикулярным плоскости выработки (например, рабочий). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ пространственной селекции расстояний при решении задачи позиционирования мобильного средства дальномерным методом в наземной локальной радионавигационной системе // 2644762

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для повышения точности определения местоположения мобильных средств по сигналам опорных станций наземной локальной радионавигационной системы (ЛРНС). Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения мобильного средства (МС). Указанный результат достигается за счет того, что способ пространственной селекции расстояний при решении задачи позиционирования МС дальномерным методом в наземной ЛРНС включает измерение расстояний ri (i=1, 2, …, n) от МС с неизвестными координатами до опорных станций ЛРНС с известными координатами Pi, i=1, 2, …, n, фильтрацию измеренных расстояний в медианных фильтрах, вычисление погрешностей между исходными расстояниями и их оценкой после фильтрации с последующей передачей полученных погрешностей в блок управления селекцией для вычисления наибольшей погрешности и формирования команды управления ключом на отключение данной линии, предотвращающее передачу оценок расстояний с наибольшими погрешностями в блок расчета координат МС. 6 ил.