Пространственно-временной коррелятор

Реферат

 

Изобретение относится к области обработки сигналов в радиотехнических системах и может быть использовано в радиолокационных системах. Техническим результатом является повышение отношения сигнал-шум на выходе пространственно-временного коррелятора при обработке широкополосных сигналов. Указанный технический результат достигается тем, что в пространственно-временной коррелятор, содержащий n регулируемых усилителей, n смесителей, блок фазовращателей, преобразователь частоты и интегратор, введены n дисперсионных фазовращателей и блок сумматоров, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты, i-я группа входов блока сумматоров по m входов в каждой группе, где m - количество интервалов спектра, на которые разбивается широкополосный сигнал, соединена с соответствующими выходами соответствующих i-x дисперсионных фазовращателей, входы которых соединены с выходами соответствующих i-x смесителей. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области пространственно-временной обработки сигналов в радиотехнических устройствах и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС).

Известен пространственно-временной коррелятора [1, рис. 1.2], который для одной координаты содержит n управляемых линий задержки (ЛЗ), (n+1) преобразователей частоты, где n - количество приемных каналов, сумматор и интегратор, вход которого соединен с выходом (n+1)-го преобразователя частоты, первый вход которого соединен с входом опорного сигнала пространственно-временного коррелятора, а второй - с выходом сумматора, i-й вход которого соединен с выходом i-го преобразователя частоты, первый вход которого соединен с i-м входом весовой функции i(t) пространственно-временного коррелятора, а второй вход - с выходом i-й управляемой ЛЗ, вход которой соединен с i-м входом пространственно-временного коррелятора, выход которого соединен с выходом интегратора.

Основным недостатком такого коррелятора является то, что при широкоугольном сканировании управляемые ЛЗ в каждом канале невозможно использовать из-за недопустимого удорожания антенны и конструктивных неудобств, связанных с большой общей длиной переключаемых кабелей. Например, при сканировании в секторе углов = 60o максимальная длина переключаемых кабелей лишь незначительно отличается от размера раскрыва антенны [2, с. 68].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению относится пространственно-временной коррелятор [3, рис. 1.2], который для одной координаты содержит n регулируемых усилителей с коэффициентом передачи fi(), где - угол, характеризующий направлении прихода фронта волны полезного сигнала в угломестной или азимутальной плоскости, n смесителей, где n - количество приемных каналов, сумматор, блок фазовращателей, преобразователь частоты и интегратор, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты, первый вход которого соединен с входом ожидаемого полезного сигнала пространственно-временного коррелятора, i-й вход принимаемого сигнала которого соединен с первым входом i-го смесителя соответственно, второй вход которого соединен соответствующего i-го регулируемого усилителя, вход которого соединен с соответствующим i-м выходом блока фазовращателей, вход которого соединен с входом управляемых местных гетеродинных напряжений пространственно-временного коррелятора, выход которого соединен с выходом интегратора, второй вход преобразователя частоты соединен с выходом сумматора, i-й вход которого соединен с выходом соответствующего i-го смесителя, причем блок фазовращателей содержит n фазовращателей для настройки на заданное направление приема, входы которых объединены и соединены с входом блока, i-й выход которого соединен с выходом соответствующего i-го фазовращателя.

Недостатком данного пространственно-временного коррелятора является то, что при обработке широкополосного сигнала не выполняются условия факторизации его пространственно-временной структуры [4, с. 25-26] и происходит улучшение отношения сигнал-шум на его выходе.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал-шум на выходе пространственно-временного коррелятора при обработке широкополосных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в пространственно-временной коррелятора, содержащий n регулируемых усилителей с коэффициентом передачи fi(), где - угол, характеризующий направление прихода фронта волны полезного сигнала в угломестной или азимутальной плоскости, n смесителей, где n - количество приемных каналов, блок фазовращателей, преобразователь частоты и интегратор, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты, первый вход которого соединен с входом ожидаемого полезного сигнала пространственно-временного коррелятора, i-й вход принимаемого сигнала которого соединен с первым входом i-го смесителя соответственно, второй вход которого соединен с выходом соответствующего i-го регулируемого усилителя, вход которого соединен с соответствующим i-м выходом блока фазовращателей, вход которого соединен с входом управляемых местных гетеродинных напряжений пространственно-временного коррелятора, выход которого соединен с выходом интегратора, причем блок фазовращателей содержит n фазовращателей для настройки на заданное напряжение приема, входы которых объединены и соединены с входом блока, i-й выход которого соединен с выходом соответствующего i-го фазовращателя, введены n дисперсионных фазовращателей и блок сумматоров, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты, i-я группа входов блока сумматоров по m входов в каждой группу, где m - количество интервалов спектра, на которые разбивается широкополосный сигнал, соединена с соответствующими выходами соответствующих i-х дисперсионных фазовращателей, входы которых соединены с выходами соответствующих i-х смесителей, причем каждый блок дисперсионных фазовращателей содержит m фазовращателей и m фильтров, входы которых объединены и соединены с входом блока, j-й выход которого соединен с выходом соответствующего j-го фазовращателя, вход которого соединен с выходом соответствующего j-го фильтра, причем блок сумматоров содержит n m -входовых сумматоров и один n - входовой сумматор, i-й вход которого соединен с выходом соответствующего i-го m - входового сумматора, m входов каждого из которых соединены с соответствующими входами блока всех n - групп входов, выход которого соединен с выходом n-входового сумматора.

Введение в пространственно-временной коррелятор n дисперсионных фазовращателей и блока сумматоров позволяет повысить на его выходе отношение сигнал-шум при обработке широкополосного сигнала. В других технических решениях отсутствуют подобные существенные признаки в их общей совокупности, приводящие к достижению обеспечиваемого технического результата.

На фиг. 1 представлена схема пространственно-временного коррелятора, на фиг. 2 - схема блока фазовращателей, на фиг. 3 - схема блока дисперсионных фазовращателей, на фиг. 4 - схема блока сумматоров.

Пространственно-временной коррелятор фиг. 1 содержит n смесителей 1, n дисперсионных фазовращателей 2, n регулируемых усилителей 3, блок 4 фазовращателей, блок 5 сумматоров, преобразователь 6 частоты и интегратор 7, вход которого соединен с выходом преобразователя 6 частоты, первый вход которого соединен с входом ожидаемого полезного сигнала пространственно-временного коррелятора, i-й вход принимаемого сигнала которого соединен с первым входом i-го смесителя 1i соответственно, второй вход которого соединен с выходом соответствующего i-го регулируемого усилителя 3i, вход которого соединен с соответствующим i-м выходом блока 4 фазовращателей, вход которого соединен с входом управляемых местных гетеродинных напряжений пространственно-временного коррелятора, выход которого соединен с выходом интегратора, выход блока 5 сумматоров соединен с вторым входом преобразователя 6 частоты, i-я группа входов блока 5 сумматоров по m входов в каждой группе соединена с соответствующими выходами соответствующих i-х дисперсионных фазовращателей 2i, входы которых соединены с выходами соответствующих i-х смесителей 1i.

Блок 1 фазовращателей (фиг. 2) содержит n фазовращателей 8, входы которых объединены и соединены с входом блока 4, i-й выход которого соединен с выходом соответствующего i-го фазовращателя 8i.

Блок 2 дисперсионных фазовращателей (фиг. 3) содержит m фазовращателей 10 и m фильтров 9, входы которых объединены и соединены с входом блока 2, j-й выход которого соединен с выходом соответствующего j-го фазовращателя 10j, вход которого соединен с выходом соответствующего j-го фильтра 9j.

Блок 5 сумматоров содержит n m-входовых сумматоров 11 и один n-входовой сумматор 12, i-й вход которого соединен с выходом соответствующего i-го m-входового сумматора 11i, m входов которого соединены с соответствующими m входами блока 2 каждого из n m-входовых сумматоров, выход блока 2 соединен с выходом n-входового сумматора 12.

Пространственно-временной коррелятор работает следующим образом.

Большинство тактико-технических характеристик РЛС количественно определяется величиной отношения сигнал-шум на входе приемника. Чем больше это отношение, тем выше вероятность правильного обнаружения, точность оценки параметров при измерении и разрешающая способность РЛС [5]. Для улучшения соотношения сигнал-шум необходимо увеличить энергию излучаемого сигнала и применить оптимальную пространственно-временную обработку. При этом наиболее простой является раздельная обработка принимаемых сигналов, выполняемая в два независимых этапа: на первом этапе - пространственная, а на втором - временная обработка. В результате пространственной обработки происходит переход от многих пространственных каналов к одному пространственному каналу, формирование диаграммы направленности антенны с максимумом в направлении, совпадающем к ожидаемому направлению прихода отраженного сигнала. Пространственная обработка позволяет максимизировать отношение сигнал-шум на выходе коррелятора по угловым координатам и , а временная обработка - по параметрам и fD, где - соответствует задержке сигнала, а fD - допплеровская частота. Однако раздельная пространственно-временная обработка возможна только при выполнении условия разделимости [3] Lfc/c 1, (1) где L - максимальный размер антенны; fc - ширина спектра принимаемого сигнала; c - скорость распространения электромагнитных колебаний.

И, если соотношение можно представить в виде произведения двух функций, одна из которых зависит от и а другая - от и fD, где n - количество приемных каналов; сигнал на i-м входе коррелятора; Soi(t) - опорный (ожидаемый полезный) сигнал, подаваемый на коррелятор; , - угловая расстройка опорного сигнала по отношению направления прихода отраженного сигнала.

Пространственная обработка в пространственно-временном корреляторе (фиг. 1) заключается в выравнивании фаз сигналов ri, принимаемых с заданного направления и поступающих на первый вход соответствующих смесителей 1. При обработке узкополосных сигналов временным сдвигом между наиболее удаленными излучателями можно пренебречь, так как время запаздывания сигнала зап намного меньше величины, обратной ширине спектра fc, т.е.

А выравнивание фаз в этом случае осуществляет путем умножения принимаемого сигнала ri в каждом канале РЛС на соответствующий фазовый множитель Exp{ji, (,)}. Эта операция выполняется в каждом смесителе 1, на вторые входы которых подаются опорные напряжения управляемого местного гетеродина, предварительно пропущенного через фазовращатели 8 (фиг. 2) блока 4 фазовращателей и регулируемые усилители 3 (фиг. 1). Сфазированные входные сигналы можно когерентно суммировать.

При обработке широкополосного сигнала условие (3) не выполняется, а За счет неодинакового набега фаз i для различных спектральных составляющих произвольные участки спектра пронимаемого сигнала суммировать когерентно уже невозможно, а набег фаз определяется выражением i = 2(f0+fi)зап, где fo - несущая частота сигнала; fi - участок ширины спектра сигнала, для которого выполняется условие узкополосности.

При обработке узкополосного сигнала fi стремится к нулю, i = 2f0запi одинаковые для всех излучателей, а принимаемые сигналы суммируются когерентно.

Однако, если широкополосный сигнал, принимаемый от каждого излучателя, разделить на m участков где участок ширины спектра сигнала, для которого выполняется условие (3) узкополосности (для узкополосного сигнала m=1), то можно сфазированные на каждом участке сигналы когерентно суммировать.

Разделение широкополосного сигнала на m участков осуществляется с помощью введенных блоков 2 дисперсионных фазовращателей (фиг. 3), сигналы на входы которых поступают с соответствующих смесителей 1 (фиг. 1). В блоках 2 дисперсионных фазовращателей фаза (t) сигнала изменяется в зависимости от частоты принимаемого сигнала по следующему закону (t) = 2fзап, где f - спектральная составляющая принимаемого сигнала.

Для разделения широкополосного сигнала на m участков полоса пропускания каждого из m фильтров блока 2 дисперсионных фазовращателей (фиг. 3) определяется условием (3) узкополосности каждого участка. На выходе каждого блока 2 дисперсионных фазовращателей фаза принимаемого сигнала изменяется таким образом, что все спектральные составляющие широкополосного сигнала, поступающие на n групп входов m входов в каждой группе блока 5 сумматоров, суммируются когерентно.

С выходов блока 5 сумматоров (фиг. 1) сигнал поступает на второй вход преобразователя 6 частоты, на первый вход которого поступает ожидаемый полезный сигнал, а с его выхода - на вход интегратора 7. С помощью преобразователя частоты 6 и интегратора 7 производится временная обработка принимаемых сигналов, которая заключается в вычислении корреляционного интегратора произведения сумма сфазированного входного сигнала и ожидаемого полезного сигнала. При этом в предлагаемом пространственно-временном корреляторе осуществлена оптимальная обработка сигналов, а, следовательно, повышается отношение сигнал-шум на его выходе.

Для независимого управления по обеим угловым координатам к каждому смесителю коррелятора нужно подвести гетеродинное напряжение, прошедшее через две секции фазовращателей. Однако можно ставить один фазовращатель, но закон управления им усложняется.

Таким образом, за счет введения в пространственно-временной коррелятор m блоков дисперсионных фазовращателей и блока сумматоров производится дополнительное выравнивание фаз широкополосного сигнала и, как следствие, значительно повышается отношение сигнал-шум при обработке принимаемых широкополосных сигналов.

Литература 1. Адаптивные, радиотехнические системы с антенными решетками/ Журавлев А. К. , Хлебников В.А., Родимов А.П. и др. -Л.: Издательство Ленинградского университета, 1991. - 554 с.

2. В. С. Филлипов, Л.И.Пономарев, А.Ю.Гринев и др. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток/ Учеб. пособие. -М.: Радио и связь, 1994. - 592 с.

3. Обработка сигналов в многоканальных РЛС/ А.П.Лукошкин, С.С.Каринский, А. А.Шаталов и др.; Под ред. А.П.Лукошкина. - М.: Радио и связь, 1983. - 328 с.

4. Обработка сигналов в радиотехнических системах: Учеб. пособие/ А.Д. Далматов, А.А.Елисеев, А.П.Лукошкин, А.А.Оводенко, Б.В.Устинов; Под ред. А. П.Лукошкина. -Л.: Издательство Ленинградского университета, 1987. - 400 с.

5. Теоретические основы радиолокации: Учебн. пособие для вузов/ А.А. Коростелев, Н.Ф.Клюев, Ю.А.Мельник и др.; Под ред. В.Е.Дулевича. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Сов. радио, 1978. - 608 с.

Формула изобретения

1. Пространственно-временной коррелятор, содержащий n регулируемых усилителей с коэффициентом передачи fi(), где -угол, характеризующий направление прихода фронта волны полезного сигнала в угломестной или азимутальной плоскости, n смесителей, где n - количество приемных каналов, блок фазовращателей, преобразователь частоты и интегратор, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты, первый вход которого соединен с входом ожидаемого полезного сигнала пространственно-временного коррелятора, i-й вход принимаемого сигнала которого соединен с первым входом i-го смесителя соответственно, второй вход которого соединен с выходом соответствующего i-го регулируемого усилителя, вход которого соединен с соответствующим i-м выходом блока фазовращателей, вход которого соединен с входом управляемых местных гетеродинных напряжений пространственно-временного коррелятора, выход которого соединен с выходом интегратора, причем блок фазовращателей содержит n фазовращателей для настройки на заданное направление приема, входы которых объединены и соединены с входом блока, i-й выход которого соединен с выходом соответствующего i-го фазовращателя, отличающийся тем, что в него введены n дисперсионных фазовращателей и блок сумматоров, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты, i-я группа входов блока сумматоров по m входов в каждой группе, где m - количество интервалов спектра, на которые разбивается широкополосный сигнал, соединена с соответствующими выходами соответствующих i-х дисперсионных фазовращателей, входы которых соединены с выходами соответствующих i-х смесителей.

2. Коррелятор по п.1, отличающийся тем, что каждый блок дисперсионных фазовращателей содержит m фазовращателей и m фильтров, входы которых объединены и соединены с входом блока, j-й выход которого соединен с выходом соответствующего j-го фазовращателя, вход которого соединен с выходом соответствующего j-го фильтра.

3. Коррелятор по п.1, отличающийся тем, что блок сумматоров содержит n m-входовых сумматоров и один n-входовой сумматор, i-й вход которого соединен с выходом соответствующего i-го m-входового сумматора, m входов каждого из которых соединены с соответствующими входами блока всех n групп входов, выход которого соединен с выходом n-входового сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4