Способ обработки линейно-частотно-модулированных сигналов многоканальным автокорреляционным приемником

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и технике радиотехнического мониторинга источников радиоизлучений (ИРИ) с линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналами. Технический результат - увеличение отношения сигнала к шуму на разностной частоте на выходе автокорреляционного приемника (АКП). Указанный технический результат достигается реализацией процедур обработки сигнала в многоканальном приемнике, которые позволяют уменьшить число ошибок в определении вида модуляции ЛЧМ сигнала и повысить точность оценки частотно-временных параметров сигнала за счет обработки спектральной составляющей сигнала на суммарной (удвоенной) частоте и увеличения отношения сигнала к шуму на выходе АКП, при этом процедура обработки сигнала осуществляется в N каналах, что обеспечивает повышение отношения сигнала к шуму на выходе АКП в 2(1-2^-N) раз. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и технике радиотехнического мониторинга источников радиоизлучений (ИРИ) с ЛЧМ сигналами.

Известны следующие методы и способы измерения параметров сигналов с частотной модуляцией [Смирнов Ю.А. Радиотехническая разведка. - М.: Воениздат, 2001. - с. 129-133]: с помощью неперестраиваемого и перестраиваемого радиоприемного устройства, функциональный метод, метод свертки спектра сигнала; путем сравнения сигнала с его задержанной копией на выходе автокорреляционной схемы [Смирнов Ю.А. Радиотехническая разведка - М.: Воениздат, 2001. - с. 125-128], основанный на приеме сигнала автокорреляционным приемником (АКП), определении длительности импульса τ_u методом генератор-пересчетной схемы [Смирнов Ю.А. Радиотехническая разведка - М.: Воениздат, 2001. - с. 108-111] и определении ширины спектра сигнала Δƒ_c согласно выражения:

где ƒ_p - разностная частота сигнала на выходе АКП, τ_з - длительность задержки сигнала.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом к предполагаемому изобретению) является способ определения параметров ЛЧМ сигналов в АКП, заключающийся в фильтрации принятого сигнала, задержке принятого сигнала на заданное время, перемножении принятого сигнала с его задержанной копией, выделении составляющей на разностной частоте и определении длительности импульса и ширины спектра сигнала [Патент RU 2578041 С1, МПК G01S 13/00, опубл. 20.03.2016. бюл. №8].

Недостатком устройства-прототипа является уменьшение амплитуды сигнала на выходе АКП из-за режекции спектральной составляющей сигнала на суммарной (удвоенной) частоте.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, выражается в увеличении отношения сигнала к шуму на выходе АКП.

Указанный технический результат достигается тем, что в первом канале обработки принятый сигнал фильтруют, задерживают на заданное время, перемножают сигнал с его задержанной копией, выделяют составляющую на разностной частоте, по которой определяют длительность импульса и ширину спектра сигнала, отличающийся тем, что дополнительно после перемножения принятого сигнала с его задержанной копией во втором канале обработки выделяют составляющую сигнала на удвоенной частоте и перемножают с ее задержанной копией, затем выделяют составляющую на разностной частоте, которую суммируют с составляющей на разностной частоте, полученной в предыдущем канале обработки, и составляющую сигнала на удвоенной частоте, которую аналогичным образом перемножают с задержанной копией, процесс повторяют в 3, 4, …, N канале обработки.

Сущность способа заключается в том, что дополнительно после перемножения принятого сигнала с его задержанной копией, во втором канале обработки выделяют составляющую сигнала на удвоенной частоте и перемножают с ее задержанной копией, затем выделяют составляющую на разностной частоте, которую суммируют с составляющей на разностной частоте, полученной в предыдущем канале обработки, и составляющую сигнала на удвоенной частоте, которую аналогичным образом перемножают с задержанной копией, процесс повторяют в 3, 4, …, N канале обработки.

Известно, что форма АЧС низкочастотной составляющей и составляющей на разностной частоте результирующего сигнала после перемножения определяется видом модуляции (манипуляции) исходного сигнала [Патент RU 2578041 С1, МПК G01S 13/00, опубл. 20.03.2016. бюл. №8]. При этом уровень АЧС аналогичных составляющих сигнала на удвоенной частоте после перемножения с его задержанной копией также определяется видом модуляции (манипуляции) исходного сигнала. Для исходного ЛЧМ сигнала за счет изменения мгновенной частоты сигнала за время задержки характерно наличие составляющей на разностной частоте и составляющей на удвоенной частоте исходного сигнала. В многоканальном приемнике есть возможность обрабатывать спектральную составляющую сигнала на суммарной (удвоенной) частоте для получения сигнала на разностной частоте, которая совпадает с разностной частотой сигнала на выходе одноканального АКП и увеличения отношения сигнала к шуму на выходе АКП путем суммирования составляющих на разностной частоте, полученных в разных каналах. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Способ обработки ЛЧМ сигналов многоканальным автокорреляционным приемником может быть реализован, например, с помощью устройства, схема которого приведена на фиг. 1, где обозначено: 1.1, 1.2, …, 1.N, 4.1, 4.2, …, 4.N - полосовой фильтр; 2.1, 2.2, …, 2.3 - линия задержки; 3.1, …, 3.N - перемножитель; 5.1, …, 5.N - сумматор; 6.1, …, 6.N - канал обработки. Назначение элементов устройства ясны из их названий.

Устройство работает следующим образом: принятый сигнал поступает на вход полосового фильтра 1.1 с полосой пропускания Δƒ_ВЧ, которая может быть задана, например, предельной шириной спектра сигнала в заданном частотном диапазоне мониторинга [Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. / Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007. - с. 297]. Аналитическое выражение для входного ЛЧМ-сигнала:

где - функция модуляции ЛЧМ-сигнала. Выделенный сигнал задерживается в линии задержки 2.1 на время, определяемое как и перемножается с его задержанной копией. После использования тригонометрических преобразований сигнал на выходе перемножителя 3.1 примет вид:

Полосовым фильтром 4.1 выделяется составляющая сигнала на разностной частоте ƒ_раз1:

Сигнал на выходе перемножителя 3.1 подается на вход канала обработки 6.2, где полосовым фильтром 1.2 с полосой пропускания 2^N-1Δƒ_ВЧ из него выделяется составляющая на удвоенной частоте исходного сигнала:

Выделенный сигнал задерживается в линии задержки 2.2 на время, определяемое как и перемножается с его задержанной копией. Полосовым фильтром 4.2 выделяется составляющая сигнала на разностной частоте и суммируется с сигналом на выходе полосового фильтра 4.1 в сумматоре 5.1.

Сигнал на выходе перемножителя 3.2 подается на вход канала обработки 6.N, где производятся операции, аналогичные таковым в канале обработки 6.2. Время задержки в линии задержки 2.N определяется как При этом амплитуда составляющей сигнала на разностной частоте на выходе канала обработки 6.N определяется как:

Учтем то, что при M=1, …, N в канале обработке 6.М для времени задержки в линии задержки 2.М выполняется условие (т.к. и ), которое обеспечивает некоррелированность шумовых составляющих сигналов на входе перемножителя 3.М [Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - М.: Радио и связь, 1989. - с. 198-199], следовательно, дисперсия шумовой составляющей на выходе канала обработки 6.М определяется как:

где σ₀ - дисперсия шумовой составляющей исходного сигнала.

С учетом того, что шумовые составляющие на выходах всех каналов обработки являются некоррелированными, отношение сигнала к шуму на выходе сумматора 5.N составит [Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - М.: Радио и связь, 1989. - с. 441-442] что обеспечивает увеличение относительно отношения сигнала к шуму одноканального автокорреляционного приемника (устройства прототипа)

При реализации двухканального устройства, реализующего предлагаемый способ, отношение сигнала к шуму на его выходе по сравнению с прототипом изменится в раз. Таким образом, повышение отношения сигнала к шуму будет достигаться, если т.е. при q₀>3,0103 дБ.

Количество каналов ограничено только числом отсчетов дискретизации во времени задержки при первичной обработке τ_з1, т.к. в каждом следующем суммарном канале время задержки сигнала τ_зN уменьшается вдвое (Для τ_з1 возможно реализовать устройство с не более чем log₂ τ_з1+1 суммарными каналами).

Таким образом, в предлагаемом способе обработки ЛЧМ сигналов новыми существенными признаками изобретения являются вновь введенные процедуры обработки сигнала в N каналах для повышения отношения сигнала к шуму сигнала на разностной частоте на выходе АКП. Это обеспечит уменьшение числа ошибок в определении вида модуляции ЛЧМ сигнала и его частотно-временных параметров.

Предложенное техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестны способы, позволяющие определить виды радиолокационных сигналов в автокорреляционном приемнике.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартные радиоэлектронные устройства и средства. Например, полосовой фильтр 1.1 может быть реализован как волновой аналоговый фильтр (ВАФ); полосовые фильтры в каналах 6.2, …, 6.N могут быть реализованы как фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) или фильтры на резонаторах [Улахович Д.А. Основы теории линейных электрических цепей: Учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - с. 586-603, 746-780].

Способ определения параметров ЛЧМ сигналов, заключающийся в фильтрации принятого сигнала в первом канале обработки, задержке принятого сигнала на заданное время, перемножении принятого сигнала с его задержанной копией, выделении составляющей на разностной частоте и определении длительности импульса и ширины спектра сигнала, отличающийся тем, что дополнительно после перемножения принятого сигнала с его задержанной копией во втором канале обработки выделяют составляющую сигнала на удвоенной частоте и перемножают с ее задержанной копией, затем выделяют составляющую на разностной частоте, которую суммируют с составляющей на разностной частоте, полученной в предыдущем канале обработки, и составляющую сигнала на удвоенной частоте, которую аналогичным образом перемножают с задержанной копией, процесс повторяют в 3, 4, …, N канале обработки.