Двухканальное приемное устройство для гидролокатора

 

ДВУХКАНАЛЬНОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОЛОКАТОРА, содержащее два полосовых фильтра, два фазовращателя, два коррелятора, два сумматора и два амплитудных детектора, причем выходы полосовых фильтров соединены с входами первого коррелятора, а выходы фазовращателей соединены с входами второго коррелятора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем подавления донных отражений, введены блок вычитания, блок сравнения, два переключателя и последовательно соединенные фазовращатель на 90^o, третий коррелятор и нуль-орган, выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя, причем выход первого полосового фильтра соединен с входом фазовращателя на 90^o и первыми входами первого переключателя и первого сумматора, выход второго полосового фильтра соединен с вторыми входами третьего коррелятора, первого переключателя и первого сумматора, первый выход первого переключателя соединен с входами первого фазовращателя и блока вычитания, второй выход первого переключателя соединен через второй фазовращатель с вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора и первым входом второго переключателя, выходы первого и второго корреляторов соединены через второй сумматор с управляющим входом второго фазовращателя, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго переключателя и входом второго амплитудного детектора, а выходы первого и второго амплитудных детекторов соединены через блок сравнения с управляющим входом второго переключателя.

Изобретение относится к технике гидролокации и может использоваться в устройствах обнаружения подводных объектов в придонном слое на фоне помех. Известно двухканальное приемное устройство для гидролокатора, содержащее два полосовых фильтра, два фазовращателя, два коррелятора, два сумматора и два амплитудных детектора, причем выходы полосовых фильтров соединены с входами первого коррелятора, а выходы фазовращателей соединены с входами второго коррелятора. Однако известное двухканальное приемное устройство имеет низкую помехоустойчивость. Цель изобретения повышение помехоустойчивости путем подавления донных отражений. Для этого в двухканальное приемное устройство для гидролокатора, содержащее два полосовых фильтра, два фазовращателя, два коррелятора, два сумматора и два амплитудных детектора, причем выходы полосовых фильтров соединены с входами первого коррелятора, а выходы фазовращателей соединены с входами второго коррелятора, введены блок вычитания, блок сравнения, два переключателя и последовательно соединенные фазовращатель на 90^о, третий коррелятор и нуль-орган, выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя, причем выход первого полосового фильтра соединен с входом фазовращателя на 90^ои первыми входами первого переключателя и первого сумматора, выход второго полосового фильтра соединен с вторыми входами третьего коррелятора, первого переключателя и первого сумматора, первый выход первого переключателя соединен с входами первого фазовращателя и блока вычитания, второй выход первого переключателя соединен через второй фазовращатель с вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с входом первого амплитудного детектора и первым входом второго переключателя, выходы первого и второго корреляторов соединены через второй сумматор с управляющим входом второго фазовращателя, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго переключателя и входом второго амплитудного детектора, а выходы первого и второго амплитудных детекторов соединены через блок сравнения с управляющим входом второго переключателя. На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного устройства. Двухканальное приемное устройство для гидролокатора содержит два полосовых фильтра 1,2, блок 3 сравнения, первый и второй переключатели 4, 5 соответственно, первый и второй сумматоры 6, 7 соответственно, первый и второй фазовращатели 8, 9 соответственно, первый, второй и третий корреляторы 10, 11, 12 соответственно, блок 13 вычитания, фазовращатель 14 на 90^о, нуль-орган 15, первый и второй амплитудные детекторы 16, 17 соответственно, также на чертеже показан блок 18 временной обработки. Устройство работает следующим образом. На начальном участке дальности, когда отражения от дна еще отсутствуют, напряжение шумов на выходах полосовых фильтров 1 и 2 некоррелированы между собой. Суммирование и вычитание некоррелированных шумов дают одну и ту же дисперсию. Поэтому дисперсии результирующих шумов на выходах первого сумматора 6 и блока 13 вычитания будут равны. Блок 3 подает на второй переключатель 5 такое напряжение, что ко входу блока 18 временной обработки подключается выход первого сумматора 6. Эквивалентная диаграмма направленности устройства соответствует диаграмме направленности, приведенной к выходу первого сумматора 6, и имеет максимум в равнофазном направлении. В момент прихода отражений от дна появляется корреляция между процессами на выходах полосовых фильтров 1 и 2. На выходе первого коррелятора 10 вырабатывается напряжение, пропорциональное разности фаз между помехами в каналах. Если напряжение на выходе третьего коррелятора 12 положительно, то помеха на выходе полосового фильтра 1 опережает по фазе помеху в другом канале. При отрицательном напряжении, наоборот, помеха на выходе полосового фильтра 2 опережает по фазе помеху на выходе полосового фильтра 1. В первом случае второй фазовращатель 9 с помощью первого переключателя 4 подключается к выходу полосового фильтра 1, во втором случае к выходу полосового фильтра 2. Управляющее напряжение с выхода первого коррелятора 10 через второй сумматор 7 поступает на управляющий вход второго фазовращателя 9. Второй фазовращатель 9 обеспечивает сдвиг по фазе, примерно равный разности фаз помех в каналах и противоположный ей по знаку. Дальнейшая компенсация разности фаз осуществляется посредством введения напряжения обратной связи, пропорционального остаточной разности фаз помех на входах блока 13 вычитания, с выхода второго коррелятора 11 через второй сумматор 7 на управляющий вход второго фазовращателя 9. За счет прямого управления и обратной связи по фазе среднее значение разности фаз помех на входах блока 13 оказывается примерно равным 2k π, k=0,1. После вычитания происходит исключение коррелированной составляющей помех, обусловленных отражениями от дна. Поскольку постоянные времени усреднителей в корреляторах 10, 11 и 12 выбираются намного больше длительности полезного сигнала, то второй фазовращатель 9 не успевает отслеживать скачок разности фаз, обусловленный приходом полезного эхо-сигнала с направления, отличного от направления на соответствующий ему по дальности отражающий участок дна. Тогда разность фаз это сигналов на входах блока 13 определяется известным выражением. После вычитания при Δν_c^*≠ 0 эхосигналы на устраняются. Условие Δν_c^*≠ 0 выполняется, когда обнаруживаемый объект над дном, т.е. имеется пространственное различие между обнаруживаемым объектом и дном, где ν_c среднее значение разности фаз. Описанный процесс компенсации разности фаз для реверберационной помехи осуществляется в течение всего отрезка времени прихода донных отражений. Уменьшение дисперсий реверберационной помехи на выходе вычитающего устройства по отношению к дисперсии процесса на выходе сумматора приведет к смене полярности управляющего напряжения на выходе блока 3 и переключатель 4 подключит выход блока 13 к входу блока 18. За пределами отрезка времени прихода донных отражений дисперсии помех на выходах первого сумматора 6 и блока 13 снова станут одинаковыми и к выходу блока 18 подключается выход первого сумматора 6. Эффективность тракта можно оценить по выигрышу в энергетическом отношении сигнал/помеха. Дисперсия результирующей помехи на выходе блока 13 при одинаковых дисперсиях помех в каналах σ_п² равна σ_вых²=2 σ_п²(1-r_o), (1) где r_o коэффициент корреляции донной реверберации в совпадающий момент времени в каналах тракта на выходе полосовых фильтров. Квадрат амплитуды сигнала на выходе блока 13 при разности фаз между вычитаемыми сигналами равен U²_{m вых}=4U_m²[1-cos( ν_c- ν_п)] (2) где U_m амплитуда сигнала на входах вычитающего устройства; ν_п среднее значение разности фаз ревербирационных помех. Отношение сигнал/помеха на выходе переключателя можно определить из (1) и (2). q²_вых= q, а выигрыш в отношении сигнал/помеха, обусловленный применением устройства μ (3) Анализ формулы (3) показывает, что выигрыш в отношении сигнал/помеха возрастает с увеличением взаимной корреляции между реверберационными процессами в каналах и с увеличением углового разноса между направлениями на обнаруживаемый объект и соответствующий ему по дальности участок дна. Параметром, характеризующим угловой разнос, в данном случае служит Δν_с^*. При Δν_с^*=180^о выигрыш лежит в пределах от 4,9 дБ при r_o=0,5 до 23 дБ при r_o=0,99. Таким образом, повышается помехоустойчивость устройства.

Формула изобретения

ДВУХКАНАЛЬНОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОЛОКАТОРА, содержащее два полосовых фильтра, два фазовращателя, два коррелятора, два сумматора и два амплитудных детектора, причем выходы полосовых фильтров соединены с входами первого коррелятора, а выходы фазовращателей соединены с входами второго коррелятора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем подавления донных отражений, введены блок вычитания, блок сравнения, два переключателя и последовательно соединенные фазовращатель на 90^o, третий коррелятор и нуль-орган, выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя, причем выход первого полосового фильтра соединен с входом фазовращателя на 90^o и первыми входами первого переключателя и первого сумматора, выход второго полосового фильтра соединен с вторыми входами третьего коррелятора, первого переключателя и первого сумматора, первый выход первого переключателя соединен с входами первого фазовращателя и блока вычитания, второй выход первого переключателя соединен через второй фазовращатель с вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора и первым входом второго переключателя, выходы первого и второго корреляторов соединены через второй сумматор с управляющим входом второго фазовращателя, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго переключателя и входом второго амплитудного детектора, а выходы первого и второго амплитудных детекторов соединены через блок сравнения с управляющим входом второго переключателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1