Цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов

Цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов

Реферат

 

Предлагается цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов, содержащее блоки прямого дискретного преобразования Фурье ДПФ (БПФ) и блок обратного дискретного преобразования Фурье ОДПФ (ОБПФ), блок цифрового формирования однополосного импульсного видеосигнала. Технический результат заключается в том, что диапазон однозначного измерения скорости цели и направления ее движения (частоты Доплера и ее знака) на постоянной частоте повторения расширяется вдвое, до частоты повторения, в то время как существующие устройства обеспечивают диапазон однозначного измерения скорости цели и направления ее движения только до половины частоты повторения в соответствии с известным стробоскопическим эффектом на видеочастоте. Цифровой однополосный импульсный видеосигнал может формироваться непосредственно в процессе ДПФ. Устройство устраняет "слепые" фазы без обычной квадратурной обработки. Устройство работоспособно и в режиме вобуляции частоты повторения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к радиолокации, к устройствам цифровой обработки радиолокационной информации на фоне помех.

Известны цифровые устройства доплеровской обработки импульсных видеосигналов, содержащие блоки прямого дискретного преобразования Фурье ДПФ (БПФ) и блоки обратного дискретного преобразования Фурье ОДПФ (ОБПФ) с квадратурными входными импульсными видеосигналами (см., например, Ширман и Манжос "Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех", 1981 г., Радио и связь, стр. 155, рис. 12.9, прототип). Такие устройства обеспечивают спектральный анализ, когерентную фильтрацию, определение скорости цели и направление ее движения (величину частоты Доплера и ее знак).

Однако эти устройства при работе на постоянной частоте повторения не обеспечивают возможность прямого однозначного измерения частоты Доплера f_д и ее знака выше половины частоты повторения F_п/2, где F_п - частота повторения, в силу известного стробоскопического эффекта (см. фиг. 2а, см. также Бакулев, Степин "Методы и устройства селекции движущихся целей", 1986 г., стр. 52, рис. 2.20). Если частота Доплера выше половины частоты повторения, то ее истинную величину и знак на постоянной частоте повторения приходится определять другими методами.

Предложено также устройство СДЦ, в котором обеспечивается расширение диапазона однозначного определения частоты Доплера до частоты повторения F_п (см. Офенгейм И. Г., заявка на изобретение "Устройство селекции движущихся целей", N 94044271 от 14.12.94 г., положительное решение от 19.07.96 г.). Это достигается путем введения в состав устройства СДЦ блока формирования однополосного импульсного видеосигнала. Однако этот блок предложен в аналоговом и дискретноаналоговом виде. Для полностью цифровой реализации требуется разработка такого же блока в цифровом виде для работы в реальном масштабе времени.

Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона однозначного измерения частоты Доплера и ее знака до частоты повторения, т.е. до f_д = F_п, в РЛС при работе на постоянной частоте повторения в чисто цифровых устройствах и, в частности, в устройствах, содержащих блоки прямого дискретного преобразования Фурье ДПФ (БПФ) и блоки обратного дискретного преобразования Фурье ОДПФ (ОБПФ).

Поставленная цель достигается введением в известное цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов, содержащее блоки прямого дискретного преобразования Фурье (ДПФ, БПФ) синусного и косинусного каналов и блок обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ, ОБПФ), блока цифрового формирования однополосного импульсного видеосигнала (ЦФОИВС), причем в случае если блоки ДПФ (БПФ), ОДПФ (ОБПФ) имеют законченный вид, то блок ЦФОИВС включается между выходами блоков ДПФ (БПФ) и входом блока ОДПФ, выход которого является выходом устройства на измеритель скорости цели (частоты Доплера) и индикатор цели.

Если проектируется специализированное устройство ДПФ, то блок ЦФОИВС включается непосредственно в состав блока ДПФ, т.е. блок ДПФ преобразуется таким образом, чтобы сформировать цифровой однополосный импульсный видеосигнал в процессе ДПФ.

Если устройство предназначено только для определения скорости цели и ее знака, то блок ОДПФ, возвращающий сигналы из частотной области во временную, может отсутствовать.

Устройства могут иметь одновременно однополосный и двухполосный выходы.

Все указанные устройства могут быть двухканальными, т.е. блоки ЦФОИВС могут устанавливаться после каждого из блоков ДПФ (БПФ). Хотя такие устройства являются более сложными, они обладают определенными положительными свойствами.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в формировании однополосного импульсного видеосигнала из обычного двухполосного импульсного видеосигнала путем устранения из его спектра тем или иным методом части спектральных линий - четных или нечетных, где нечетные линии - f_д, F_п + f_д, 2F_п + f_д, ..., четные линии - F_п - f_д, 2F_п - f_д, ..., (см. фиг. 3). В результате такого устранения части спектральных линий (так сказать "прополки" спектра) образуется новый однополосный спектр (ОБП спектр) и соответственно новый однополосный импульсный видеосигнал (ОБПИВС), имеющий следующие основные свойства.

1. Обеспечивается однозначное определение частоты Доплера f_д до частоты повторения F_п и стробоскопический эффект согласно фиг. 2б, в, т.е. преодолевается известный стробоскопический барьер на видеочастоте - F_п/2, фиг. 2а. Таким образом обеспечивается разрешающая способность по частоте, равная F_п при обработке сигналов на видеочастоте, т.е. такая же разрешающая способность, что и на промежуточной частоте.

2. Обеспечивается возможность определения знака частоты Доплера (фазы сигнала цели, направления ее движения) до частоты f_д = F_п.

3. Обеспечивается устранение "слепых" фаз, т.е. производится квадратурная обработка сигнала (без устранения доплеровской модуляции).

4. Обеспечивается воспроизведение огибающей импульсных видеосигналов, когда f_д = F_п, а не f_д = F_п/2 согласно теореме отсчетов.

Последнее не означает, что работа предлагаемого устройства противоречит теореме отсчетов. Работа устройства полностью соответствует теореме отсчетов, а возможность получения огибающей по одному, а не по двум отсчетам обеспечивается благодаря второму, квадратурному сигналу, т.е. благодаря получению информации о фазе сигнала.

5. Форма однополосного импульсного видеосигнала существенно отличается от формы двухполосного импульсного видеосигнала. При прямоугольном входном сигнале однополосный импульсный видеосигнал имеет характерную форму в виде двух смежных разнополярных пиков с длительностью, примерно равной длительности входного сигнала. По такому сигналу разрешающая способность по дальности может быть получена удовлетворительной.

Цифровой однополосный импульсный видеосигнал может быть получен разными способами в зависимости от того, как используются и как построены блоки ДПФ (БПФ).

Функциональная схема предлагаемого цифрового устройства доплеровской обработки квадратурной обработки импульсных видеосигналов в случае использования законченных блоков ДПФ (БПФ) приведена на фиг. 1: 1, 2 - входной квадратурный импульсный видеосигнал, модулированный частотой Доплера (цифровой код после АЦП) 3, 4 - блоки прямого дискретного преобразования Фурье (ДПФ или БПФ) 5 - внеполосный фазовращатель на угол 90^o или 270^o 6 - сумматор 7 - вычитатель 8, 9 - схема взятия модуля комплексного числа (квадратурных сигналов) 10 - схема определения фазы сигнала (СОФС) 11 - цифровой коммутатор 12 - блок цифрового формирования однополосного импульсного видеосигнала (ЦФОИВС) 13 - блок обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ, ОБПФ) 14 - выход на измеритель частоты Доплера (скорости цели) до F_п 15 - выход на индикатор цели и на измеритель скорости цели во временной области 16 - выход на индикатор направления движения цели (значка частоты Доплера) На фиг. 6 приведена схема предлагаемого устройства, в котором цифровое формирование однополосного импульсного видеосигнала производится непосредственно в процессе ДПФ. На этой схеме обозначения те же.

17 - схема отбора по максимуму 18, 19 - цифровые умножители (балансные модуляторы) 20 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) по входному сигналу 21 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) по опорному сигналу 22 - схема взятия модуля (абс.) (абсолютное значение) 23 - сумматор ДПФ На обеих схемах и в тексте имеются в виду сигналы в виде кодов. АЦП и ЦАП не указываются.

Принцип работы предлагаемых устройств поясняется с помощью фиг. 3, 4, 5, на которых изображены входные сигналы, выходные сигналы, спектры сигналов, векторные диаграммы.

На вход устройства фиг. 1 подаются входные квадратурные импульсные видеосигналы, модулированные частотой Доплера в виде цифрового кода 1, 2 (см. фиг. 4а, б). Спектры указанных сигналов вычисляются с помощью блоков ДПФ (БПФ) 3, 4 синусного и косинусного каналов и подаются на входы блока ЦФОИВС 12. Амплитудный спектр этих сигналов не отличается друг от друга и его огибающая описывается выражением типа sinx/x (см. фиг. 3). Однако сигналы находятся в квадратуре, т.е. их огибающие сдвинуты на 90^o. Последнее отражается в фазовом спектре сигналов. Блоки ДПФ (БПФ) 3, 4 вычисляют в схеме фиг. 1 как действительную, так и мнимую часть спектра.

Входные сигналы устройства 1, 2 с выходов фазовых детекторов приемника РЛС рассматриваются как балансномодулированные импульсные видеосигналы по всей частотной оси и таковыми они и являются (а не до половины частоты повторения, как общепринято). Последнее и позволяет получить цифровой однополосный импульсный видеосигнал. Соответственно, в частотной области (см. фиг. 3а, б) каждая пара спектральных линий F_д и F_п - f_д, F_п + f_д и 2F_п - f_д, ... и т.д. в каждом частотном интервале 0 - F_п, F_п - 2F_п, 2F_п - 3F_п, ... и т.д. рассматривается как пара векторов, вращающихся с частотами F_п/2 - f_д, F_п/2 + f_д, 3/2F_п - f_д, 3/2F_п + f_д, ... и т.д. по отношению к частотам F_п/2, 3/2F_п, . .. и т.д. в противоположных направлениях (см. фиг. 5). В каждой паре левую спектральную линию (вектор) можно считать "нижней" боковой, а правую - "верхней" боковой по принятой в низкочастотной связной технике терминологии. При таком подходе сигнал на выходе фазового детектора, т.е. на входе устройства, можно представлять как составной балансномодулированный сигнал.

При этом, когда в одном канале (косинусном) суммарный вектор в данный момент времени дает максимальную величину, в другом - 0, что соответствует "слепой" фазе. Все векторы в синусном канале имеют фазовый сдвиг 90^o по отношению к косинусному каналу.

Если произвести сдвиг по фазе с помощью фазовращателя 5 сигналов на угол 90^o или 270^o в одном из каналов и сложить в сумматоре 6 или вычесть в вычитателе 7 повернутые сигналы с неповернутыми сигналами другого канала, то одна из компонент спектра (один вектор) на каждом частотном интервале 0 - F_п, F_п - 2F_п... и т.д. будет подавлена, а другая удвоена по амплитуде (см. фиг. 3, фиг. 5). При этом суммарная или разностная линия перемещается по частоте при изменении частоты Доплера в пределах от 0 до F_п или от F_п до 2F_п.. . и т. д. , т. е. образует цифровой однополосный импульсный видеосигнал с разрешающей способностью от 0 до F_п вместо обычной разрешающей способности от 0 до F_п/2. Неопределенность по частоте Доплера f_д ликвидируется. Этот сигнал не имеет "слепых" фаз, так как отсутствуют биения между "нижними" и "верхними" составляющими спектра, т.е. производится квадратурная обработка.

Следует, однако, заметить, что устраняются именно "слепые" фазы, а доплеровская модуляция сохраняется, в то время как обычная квадратурная обработка ликвидирует и то, и другое.

Поворот на 90^o или 270^o должен осуществляться на всех частотах спектра, т. е. фазовращатель 5 должен быть внеполосным. Тем самым обеспечивается линейность фазовой характеристики устройства, необходимой для сохранения длительности сигнала, т. е. для обеспечения разрешающей способности по дальности. Огибающая амплитудного спектра повернутого сигнала сохраняет форму неповернутого (sinx/x), однако, несмотря на это, несмотря на линейность фазовой характеристики, форма сигнала во временной области, т.е. после ОДПФ (ОБПФ), не сохраняется. Это объясняется различием в фазовых спектрах повернутого и неповернутого сигналов. В спектре повернутого сигнала все спектральные линии повернуты на угол 90^o или 270^o, причем этот поворот в схеме фиг. 1 принципиально необходим для получения однополосного сигнала. По этой причине повернутый сигнал, как и однополосный сигнал, имеет форму двух характерных смежных разнополярных пиков (см. фиг. 4г, д, з, и), имеющих длительность, примерно равную длительности входного сигнала (см. Заездный А.М. "Гармонический синтез в радиотехнике и электросвязи", 1972 г.), с "хвостом", уровень и длительность которого зависит от скважности сигналов и который должен приниматься во внимание при практической реализации устройства. Суммарный или разностный однополосный импульсный видеосигнал в схеме фиг. 1 при наличии доплеровской модуляции имеет длительность, меняющуюся от длительности t_и до 2t_и, где t_и - длительность входного сигнала (см. фиг. 4д, о, п). Его форму лишь приближенно можно считать прямоугольной, т.к. она изменяется от прямоугольной до формы пика. Соответственно, разрешающая способность по дальности по однополосному сигналу в схеме фиг. 1 колеблется от t_и до 2t_и при использовании одного из каналов. Этого достаточно для большинства применений. Если же необходимо полное воспроизведение формы входного сигнала и разрешающей способности по дальности, то должны быть использованы оба сигнала, т. е. как однополосный, так и двухполосный сигналы. Такая схема, имея однополосный и двухполосный выходы, обеспечивает разрешающую способность по частоте Доплера, равную F_п, и разрешающую способность по дальности, равную t_и. На канал индикации цели подается двухполосный импульсный видеосигнал, а на канал измерения скорости цели до f_д = F_п - однополосный импульсный видеосигнал. Однако, имея все новые свойства, эти схема не дает аппаратурного выигрыша, который имеет схема фиг. 1.

Внеполосный поворот фазы в фазовращателе 5 осуществляется путем умножения сигналов всех спектральных линий на поворачивающий множитель Wn((exp(j& )), где & = 90^o или 270^o, т.е. на такой же множитель, который используется в операции "бабочка" при БПФ. Суммирование и вычитание в сумматоре 6 и вычитателе 7 производится подобным же образом. Аппаратурное исполнение умножения, суммирования, вычитания, взятия модуля может быть аналогичным исполнению в блоках ДПФ, БПФ или специализированным.

После суммирования и вычитания сигналы подаются на схемы взятия модуля 8, 9, образуя два законченных одноплосных канала, в каждом из которых обеспечивается разрешение по частоте Доплера до F_п.

Алгоритм ЦФОИВС (алгоритм ОБП ДПФ, ОБП БПФ) для схемы фиг. 1 заключается в повороте всех спектральных линий на угол 90^o или 270^o и сложении и вычитании с неповернутыми линиями. Алгоритмы ЦФОИВС (ОБП ДПФ, ОБП БПФ) могут быть осуществлены программным способом.

Если выделить одну спектральную линию, например, путем фильтрации (фиг. 3в, г, незаштрихованная часть) в измерителе скорости цели (частоты Доплера), то стробоскопическая ломаная будет иметь вид, приведенный на фиг. 2б, в, т. е. простираться до частоты F_п, а не F_п/2, т.е. известный стробоскопический барьер оказывается преодоленным.

Таким образом обеспечивается разрешающая способность по частоте Доплера до частоты F_п.

Спектры суммарного и разностного каналов приведены на фиг. 3в, г.

При приближении цели выделяется нижняя боковая (фиг. 3в), выделяется истинное значение частоты Доплера f_д, стробоскопическая ломаная имеет положительный наклон (фиг. 2б). При изменении направления движения цели (удалении) выделяется верхняя боковая F_п - f_д (фиг. 3г), стробоскопическаяа ломаная имеет отрицательный наклон (в суммарном канале) (фиг. 2в). Поэтому для определения истинного значения частоты Доплера надо иметь второй, разностный канал.

Во временной области однополосный импульсный видеосигнал представляет собой видеосигнал, смещенный по частоте на величину f_д или на F_п - f_д, т.е., по существу, это радиоимпульс с "промежуточной" частотой f_д или F_п - f_д.

Истинное значение частоты Доплера всегда будет находиться в одном из однополосных каналов. Оно должно быть выделено и передано на выход. Эта задача осуществляется с помощью цифрового коммутатора 11 и схемы определения фазы сигнала (СОФС) 10. Сигнал с выходов схем взятия модуля 8, 9 подается на вход цифрового коммутатора 11, который пропускает на выход одно, истинное значение частоты Доплера. Цифровой коммутатор 11 переключается по команде со схемы СОФС 10. Схема определения фазы СОФС 10 определяет правильное направление движения цели от 0 до F_п в отличие от известных схем, определяющих правильное направление до F_п/2. Это происходит потому, что схема СОФС 10 работает по однополосному сигналу.

Фаза сигнала определяется одной из двух схем СОФС 10 в зависимости от того, обрабатывается действительная (R_e) и мнимая (I_m) части сигнала.

Если в схеме СОФС 10 обрабатывается действительная и мнимая части сигнала, то фаза сигнала определяется как & = arctgI_m/R_e. Эта фаза имеет скачок при изменении направления движения цели. Скачок вырабатывает команду для управления цифровым коммутатором 11, который пропускает на выход соответствующий однополосный канал. Использование обработки обеих частей удобно тем, что для выработки команды достаточно взять отношение I_m/R_e, даже не вычисляя arctg.

Если используется только действительная часть сигнал, то фаза определяется как & = arcsinR_e или как & = arccosR_e.

Постольку при изменении направления движения в данном канале (например, в синусном) частота f_д заменяется на частоту F_п - f_д, имеет место скачок фазы, используемый для выработки команды на переключение цифрового коммутатора 11. Сигнал с выхода СОФС 10 (выход 16) подается также на индикатор направления движения цели (знака частоты Доплера). С выхода цифрового коммутатора 11 (выход 14) сигнал с истинным значением частоты Доплера (скорости цели) подается на блок ОДПФ (ОБПФ) 13, возвращающий сигнал во временную область. С выхода ОДПФ 13 (выход 15) сигнал подается на измеритель скорости во временной области и на индикатор цели изделия, при этом сигнал на индикатор подается через схему взятия модуля абс. (на схеме не показана).

Частота Доплера (скорость цели) может быть измерена на выходе 14 в частотной области методом отыскания скоростного канала с максимальным значением сигнала, как это обычно делается в устройствах ДПФ (БПФ). В этом случае сигнал подается на схему отбора по максимуму (на схеме не показана).

В двухканальной схеме однополосные импульсные видеосигналы образуются после каждого блока ДПФ (БПФ) 3, 4. В результате одновременно образуются синусные и косинусные однополосные импульсные видеосигналы с частотами f_д и F_п - f_д, что позволяет производить обычную квадратурную обработку цифровых одноплосных импульсных видеосигналов. В остальном работа такой схемы не отличается от работы схемы фиг. 1.

На фиг. 6 приведена функциональная схема предлагаемого специализированного устройства ДПФ, предназначенного для однозначного измерения частоты Доплера и ее знака до F_п. В этом устройстве цифровое формирование однополосного импульсного видеосигнала производится непосредственно в процессе ДПФ. Схема устройства является двухканальной.

Входные квадратурные импульсные видеосигналы черех ОЗУ 20 подаются на входы 4 умножителей (балансных модуляторов) 18, 19, на вторые входы которых из ПЗУ 21 подаются сигналы квадратурных опорных частот. Число таких частот равно числу обрабатываемых точек в ДПФ в частотной области. На выходах умножителей мы получаем сигналы, идентичные сигналам на фиг. 5, при этом, благодаря квадратурной подаче опорных частот один из сигналов оказывается повернутым на требуемые 90^o, т.е. квадратурные умножители образуют два внеполосных фазовращателя 5, аналогичных фазовращателю 5 в основной схеме фиг. 1.

Далее сигналы подаются на сумматор 6 и вычитатель 7 как в схеме фиг. 1. В этой схеме показаны схема взятия модуля 8 перед подачей сигнала на схему отбора по максимуму 17. Работа всей схемы описывается нижеследующим алгоритмом: Xsi = SinXi COSonj - COSXi SINonj - (умножение, вычитание, сложение) Ysi = COSXi COSonj + SINXi SINonj Cxj = Cxj + Xsi - (сумматор ДПФ 23) (ОБП сигнал) Cyj = Cyj + Ysi - (сумматор ДПФ 23) (ОБП сигнал) - (взятие модуля), где SINXi, COSXi - отсчеты входного сигнала; SINonj, COSonj - отсчеты опорного сигнала в моменты времени, соответствующие выборкам входного сигнала.

В этой схеме выходные сигналы имеют форму пиков (см. фиг. 4з, и), т.к. в ней однополосные сигналы образуются в процессе ДПФ без суммирования с входным неповернутым прямоугольным сигналом.

Улучшение формы выходных однополосных сигналов может быть достигнуто путем формирования однополосного спектра не по всей частотной оси, а только в пределах одного частотного интервала 0 - F_п, при этом остальная часть спектра может оставаться двухполосной. Это оказывается возможным, т.к. информация о скорости цели и направлении ее движения на одном (первом) интервале 0 - F_п является достаточной.

Работа устройства по схеме фиг. 1 происходит следующим образом: входные квадратурные импульсные видеосигналы 1, 2 (фиг. 4а, б), модулированные частотой Доплера в виде цифрового кода, подаются на вход устройства на синусные и косинусные блоки дискретного преобразования Фурье ДПФ (БПФ) 3, 4. Блоки ДПФ (БПФ) 3, 4 обрабатывают действительную и мнимую части входных сигналов и дают на выходе спектры обеих частей, т.е. сигналы из временной области переводятся в частотную область (фиг. 3).

С выходов блоков ДПФ (БПФ) 3, 4 сигналы подаются на входы блока цифрового формирования однополосного импульсного видеосигнала ЦФОИВС 12. В блоке ЦФОИВС 12 сигнал с выхода одного из блоков ДПФ (БПФ) 3, 4, например из синусного 3, поступает на внеполосный фазовращатель 5, осуществляющий поворот всех спектральных линий на угол 90^o или 270^o (фиг. 5). Повернутый сигнал с выхода фазовращателя 5 подается на первые входы сумматора 6 и вычитателя 7, на вторые входы сумматора 6 и вычитателя 7 подается неповернутый сигнал со второго, косинусного блока ДПФ (БПФ) 4.

В результате суммирования и вычитания в сумматоре 6 и вычитателе 7 в одном канале подавляются четные спектральные линии, а нечетные удваиваются по амплитуде, а в другом канале - наоборот - подавляются нечетные спектральные линии, а четные удваиваются по амплитуде (фиг. 3, 5). При этом оставшиеся спектральные линии перемещаются при изменении частоты Доплера в пределах от 0 до F_п в каждом частотном интервале 0 - F_п, F_п - 2F_п, ... и т. д. , где F_п - частота повторения. Тем самым формируется спектр цифрового однополосного импульсного видеосигнала как на выходе сумматора 6, так и на выходе вычитателя 7 (фиг. 3в, г). При этом, постольку одна из спектральных линий подавлена, неопределенность из-за наличия двух линий на каждом частотном интервале ликвидируется, т.е. полученный сигнал дает возможность однозначно измерять частоту от 0 до F_п. Этот сигнал также не имеет "слепых" фаз, так как отсутствуют биения между парами спектральных линий. С выхода сумматора 6 и вычитателя 7 сигналы подаются на схемы взятия модуля 8, 9.

Стробоскопические ломаные на выходе схем взятия модуля 8, 9, т.е. на выходе каждого однополосного канала, имеют пилообразный вид (фиг. 2б, в) с максимумом F_п, а не F_п/2.

Однако истинное значение частоты Доплера f_д находится только в одном из каналов, в другом в этот момент времени частота имеет значение F_п - f_д. Для определения и передачи на выход истинного значения частоты Доплера f_д сигналы с выходов схем взятия модуля 8, 9 подаются на сигнальные входы цифрового коммутатора 11, управляемого по управляющему входу схемой определения фазы сигнала 10.

Схема определения фазы сигнала СОФС 10 по отношению мнимой и действительной части сигнала на ее входе, скачком изменяющем величину при изменении направления движения, т.е. при изменении фазы сигнала, вырабатывает сигнал, управляющий цифровым коммутатором 11, таким образом пропуская на выход 14 одно, истинное значение частоты Доплера f_д. С выхода цифрового коммутатора 11 сигнал подается на блок ОДПФ (ОБПФ) 13, выполняющий обратное дискретное преобразование Фурье, возвращая сигнал во временную область (фиг. 4д, о) на выход 15 для подачи на индикатор цели и на измеритель частоты (скорости цели).

С выхода схемы определения фазы сигнала СОФС 10 сигнал подается на выход 16 на индикатор направления движения цели.

Измерение частоты Доплера (скорости цели) может производиться и до ОДПФ (ОБПФ) на выходе 14.

Таким образом, предлагаемое цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов обеспечивает при работе на постоянной частоте повторения однозначное измерение частоты Доплера и ее знака до частоты повторения F_п, в то время как существующие устройства обеспечивают устранение "слепых" фаз без обычной квадратурной обработки.

Предлагаемое устройство было подвергнуто проверке путем моделирования на ПЭВМ, причем было получено полное соответствие описанным результатам при числе точек ДПФ - 512. Аналогичной проверке было также подвергнуто специализированное устройство ДПФ, в котором формирование цифрового однополосного импульсного видеосигнала производилось непосредственно в процессе ДПФ, при этом были получены идентичные результаты. Специализированное устройство ДПФ было разработано также и в виде реального устройства с числом точек ДПФ - 190 с выходом для измерения скорости цели до частоты F_п.

В этом устройстве использовались четыре умножителя (балансные модуляторы), по два на каждый квадратурный канал. На каждый умножитель подавались выборки входных сигналов из ОЗУ, а из ПЗУ выборки опорных синусных и косинусных сигналов (число точек - 190).

Далее сигналы складывались, вычитались и обрабатывались по соответствующему алгоритму. При таком исполнении ДПФ время обработки составило не более 15 миллисекунд. Время обработки с помощью ДПФ на ПЭВМ, работающей на частоте 40 мгГц, исчислялось секундами. При проверке все сигналы и спектры индицировались на дисплее.

Предлагаемое цифровое устройство доплеровской квадратурной обработки импульсных видеосигналов может быть применено в РЛС на постоянной частоте повторения или в РЛС, имеющих такой режим. При этом режим вобуляции частоты повторения может оказаться не нужным.

Работа устройства сохраняется и в режиме вобуляции, при этом диапазон однозначного определения скорости цели определяется параметрами вобуляции. Устройство определяет при вобуляции частоты повторения направление движения цели, "слепые" фазы отсутствуют.

Устройство может быть также использовано и для распознавания целей.

Формула изобретения

1. Цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов, содержащее блоки прямого дискретного преобразования Фурье (ДПФ) или блоки прямого быстрого преобразования Фурье (БПФ) и блок обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ) или блок обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ), отличающееся тем, что в него введен блок цифрового формирования однополосного импульсного видеосигнала (ЦФОИВС), причем блок ЦФОИВС включен между выходами блоков ДПФ и входом блока ОДПФ или между выходами блоков БПФ и входом блока ОБПФ.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок ЦФОИВС содержит в себе внеполосный фазовращатель на угол 90 или 270^o, на который поданы действительные и мнимые составляющие сигнала с выхода одного из блоков ДПФ или одного из блоков БПФ, синусного или косинусного, сумматор, вычитатель, схемы взятия модуля, схему определения фазы сигнала (СОФС), цифровой коммутатор, причем выход внеполосного фазовращателя подключен к первым входам сумматора и вычитателя, на вторые входы сумматора и вычитателя поданы сигналы с блока ДПФ или с блока БПФ, выходы сумматора и вычитателя подключены к входам схем взятия модуля, выходы которых подключены к сигнальным входам цифрового коммутатора, управляемого сигналом СОФС, выход цифрового коммутатора является выходом блока ЦФОИВС, а выход СОФС является выходом блока ЦФОИВС на индикатор направления движения цели.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок цифрового формирования однополосного импульсного видеосигнала формирует спектр однополосного импульсного видеосигнала только в пределах одного частотного интервала 0 - F_п, а остальная часть спектра остается двухполосной (F_п - частота повторения).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6