обнаружитель моноимпульсного радиосигнала

Классы МПК:G01S13/28 с сокращением длительности принятых импульсов
Патентообладатель(и):Меньших Олег Федорович
Приоритеты:
подача заявки:
1992-03-31
публикация патента:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства для обнаружения эхо-сигнала лазерного доплеровского локатора с обзором по угловым координатам и непрерывным режимом излучения. Цель изобретения увеличение обнаружительной способности устройства. Это достигается путем введения в устройство первого 2 и второго 3 сумматоров, первого 9 и второго 10 усилителей обратной связи, линии задержки на встречных поверхностных акустических волнах 6 с первым 4 и вторым 5 встречно-штыревыми преобразователями и центрально расположенным выходным встречно-штыревым преобразователем, выход которого соединен с входом полосового фильтра 12, а также первого 7 и второго 8 промежуточных встречно-штыревых преобразователей. 1 ил. 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

ОБНАРУЖИТЕЛЬ МОНОИМПУЛЬСНОГО РАДИОСИГНАЛА, содержащий входной усилитель, последовательно соединенные полосовой фильтр, смеситель и дисперсионную линию задержки, а также линейно-частотно-модулированный гетеродин, подключенный к второму входу смесителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения обнаружительной способности, в него введены первый и второй сумматоры, первый и второй усилители обратной связи и линия задержки на встречных поверхностных акустических волнах с первым и вторым входами, первым и вторым промежуточными и центрально расположенным выходным встречно-штыревыми преобразователями, последний из которых подключен к входу полосового фильтра, выход входного усилителя соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с первым входным встречно-штыревым преобразователем, выход второго сумматора соединен с вторым входным встречно-штыревым преобразователем, первый промежуточный встречно-штыревой преобразователь через первый усилитель обратной связи соединен с вторым входом второго сумматора, второй промежуточный встречно-штыревой преобразователь через второй усилитель обратной связи соединен с вторым входом первого сумматора, выходной встречно-штыревой преобразователь выполнен в виде сплошной монопериодической структуры с продольной длиной вдоль вектора распространения поверхностных акустических волн, равной произведению числа периодов циркуляции, расположенных на выходном встречно-штыревом преобразователе, периода циркуляций и скорости распространения поверхностной акустической волны, электроды выходного встречно-штыревого преобразователя совмещены с пучностями стоячей поверхностной акустической волны, длина звукопровода между первым и вторым входными встречно-штыревыми преобразователями, а также между первым и вторым промежуточными встречно-штыревыми преобразователями кратна целому нечетному числу полуволн для несущих колебаний принимаемого радиосигнала, суммарная задержка между первым входным и первым промежуточным, а также между вторым входным и вторым промежуточным встречно-штыревыми преобразователями, равная периоду циркуляции, целочисленно кратна периоду несущих колебаний принимаемого сигнала, расстояние между первым входным встречно-штыревым преобразователем и соответствующим первым концом выходного встречно-штыревого преобразователя не равно расстоянию между вторым входным встречно-штыревым преобразователем и соответствующим вторым концом выходного встречно-штыревого преобразователя, причем разность этих расстояний, отнесенная к скорости распространения поверхностной акустической волны, соизмерима с периодом циркуляции, полоса пропускания в полосовом фильтре выбрана соизмеримой с обратной величиной эффективной длительности моноимпульсного радиосигнала в выходном встречно-штыревом преобразователе, причем величина этой эффективной длительности выбрана не менее удвоенной величины длительности импульсной характеристики в дисперсионной линии задержки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства для обнаружения эхосигнала лазерного доплеровского локатора с обзором по угловым координатам и непрерывным режимом излучения.

В современных обнаружителях сигналов, в частности применительно к локации, широко используют согласованный фильтр как элемент, оптимизирующий отношение сигнал/шум на своем выходе. При построении согласованных фильтров используют дисперсионные линии задержки, осуществляющие свертку широкополосного сигнала, в частности линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала.

В качестве прототипа можно выбрать устройство для обнаружения и анализа радиосигналов на основе дисперсионной линии задержки (ДЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), осуществляющее спектро-временное сжатие согласованного с дисперсией ДЛЗ широкополосного радиосигнала и содержащее входной усилитель, последовательно связанные полосовой фильтр, смеситель и ДЛЗ, а также линейно-частотно-модулированный гетеродин (ЛЧМГ), подключенный к второму входу смесителя. В этом устройстве полосовой фильтр выбран широкополосным, что определяется широкополосностью самого принимаемого сигнала или значительной степенью неопределенности его несущей частоты. Применение такого устройствам при приеме детерминированных радиоимпульсов с априори известным значением несущей частоты и длительностью малоэффективно. Можно показать, что получающееся при этом отношение сигнал/шум на выходе ДЛЗ не является оптимальным, что ограничивает обнаружительную способность такого устройства по отношению к указанному классу принимаемых сигналов.

Цель изобретения повышение вероятности обнаружения.

Это достигается следующим образом. В устройство, которое содержит входной усилитель, последовательно соединенные полосовой фильтр, смеситель и ДЛЗ, а также ЛЧМГ, подключенный к второму входу смесителя, введены первый и второй сумматоры, первый и второй усилители обратной связи и линия задержки на встречных ПАВ с двумя входными встречно-штыревыми преобразователями (ВШП), двумя промежуточными ВШП и выходным ВШП.

Выход входного усилителя соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с входными ВШП линии задержки на встречных ПАВ, промежуточные ВШП последней соединены соответственно с входами первого и второго усилителей обратной связи, выходной ВШП линии задержки на встречных ПАВ (ЛЗДВ на ВПАВ) соединен с входом полосового усилителя, выход первого усилителя обратной связи соединен с вторым входом второго сумматора, а выход второго усилителя обpатной связи соединен с вторым входом первого сумматора, причем выходной ВШП выполнен в виде согласованной с несущей частотой принимаемого радиоимпульсного сигнала монопериодической и непрерывной структуры с продольной длиной вдоль вектора распространения ПАВ равной lвых Nобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370cобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Vобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370q, где q T/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 c- скважность, N число много больше единицы, обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 c длительность принимаемого радиоимпульса, V скорость распространения ПАВ, электроды выходного ВШП размещены в пучностях образующейся в звукопроводе ЛЗДВ на ВПАВ стоячей волны, начало и конец выходного ВШП разноудалены от соответственно первого и второго входных ВШП на величину образующейся задержки, превышающей время корреляции для шумовой компоненты, а полоса пропускания в полосовом фильтре обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370F выбрана из условия обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370F 1/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 эф, где обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 эф- эффективная длительность накопления сигнала при его рециркуляционном воспроизводстве.

Увеличение обнаружительной способности устройства по отношению к классу детерминированных радиоимпульсных сигналов объясняется их когерентным накоплением в ЛЗДВ на ВПАВ с парой рециркуляторов, воспроизводящих принятый радиоимпульс, поскольку период рециркуляции задан в целочисленном соотношении с периодом несущих колебаний принимаемого сигнала, согласованным также с монопериодической структурой выходного ВШП. Этому же способствует размещение электродов выходного ВШП в пучностях стоячей волны, образующейся от встречных ПАВ, распространяющихся по звукопроводу ЛЗДВ на ВПАВ от первого и второго входных ВШП. Повышение выходного отношения сигнал/шум объясняется также и тем, что края выходного ВШП разноудалены от первого и второго ВШП на величину, определяющую задержку, большую времени корреляции для шума, образованного во входном усилителе, что приводит к тому, что возбуждаемые в выходном ВШП ЭДС шума от каждой из двух встречных ПАВ взаимно не коррелируют между собой, а это удваивает величину отношения сигнал/шум на выходе ДЛЗ по мощности. Кроме того, существенное снижение дисперсии шума обусловлено сужением полосы пропускания в полосовом фильтре без потери энергии эффективной части накопленного сигнала, а влияние широкополосного шума смесителя устранено благодаря выбору коэффициента усиления в сигнальном тракте смесителя, при котором узкополосная шумовая компонента существенно превалирует над широкополосной шумовой компонентой смесителя. Эффективная длительность обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 эфф накопления сигнала при его рециркуляционном воспроизводстве определяется выбором коэффициентов обратной связи в усилителях обратной связи (первом и втором) и числом N, определяющим длину выходного ВШП (габариты ЛЗДВ на ВПАВ), и может быть задана соизмеримой с удвоенным значением периода частотного сканинга в ЛЧМГ, что гарантирует не менее чем однократную полную обработку принимаемого сигнала в ДЛЗ, учитывая производительность момента прихода входного радиоимпульса по отношению к синхроимпульсам (периодически следующим), обеспечивающим моменты начала сканингов частоты в ЛЧМГ.

На чертеже приведена структурная схема предложенного устройства.

Оно содержит входной усилитель 1; первый сумматор 2; второй сумматор 3; первый входной встречно-штыревой преобразователь 4; второй входной встречно-штыревой преобразователь 5, линию задержки 6 на встречных поверхностных акустических волнах; первый промежуточный встречно-штыревой преобразователь 7; второй промежуточный встречно-штыревой преобразователь 8; первый усилитель 9 обратной связи; второй усилитель 10 обратной связи; выходной встречно-штыревой преобразователь 11; полосовой фильтр 12; смеситель 13; линейно-частотно-модулированный гетеродин 14; дисперсионную линию задержки 15.

Входной усилитель 1 подключен к первым входам первого 2 и второго 3 сумматоров, выходы которых соответственно подключены к первому входному ВШП 4 и второму входному ВШП 5 ЛЗДВ на ВПАВ 6, первый 7 и второй 8 промежуточные ВШП которой подключены соответственно к входам первого 9 и второго 10 усилителей обратной связи. Выходной ВШП 11 соединен с входом полосового фильтра 12, выход которого соединен с первым входом смесителя 13, к второму входу которого включен ЛЧМГ 14, а выход смесителя соединен с входом ДЛЗ 15. Подразумевается наличие компенсационного усиления в полосовом фильтре 12, учитывающего потери в ЛЗДВ на ВПАВ и условие, в силу которого полное усиление в сигнальной цепи смесителя должно обеспечить существенное превышение узкополосного шума над собственным широкополосным шумом смесителя.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

Квазимонохроматический радиоимпульс длительностью обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 c с несущей частотой fo после усиления во входном усилителе 1 вместе с шумом воздействует на первые входы первого 2 и второго 3 сумматоров, откуда поступает на первый входной ВШП 4 и второй входной ВШП 5 соответственно, в звукопроводе ЛЗДВ на ВПАВ 6 возбуждаются две встречные ПАВ. Пусть первый 7 и второй 8 промежуточные ВШП этой линии расположены относительно соответствующих им входных ВШП на расстояниях, например, одинаковых, соответствующих задержкам сигнала, который индуцируется в этих промежуточных ВШП, равным Т/2, где Т период рециркуляции.

После усиления сигналов с выходов усилителей обратной связи 9 и 10 они вновь подводятся к входным ВШП 5 и 4 через вторые входы сумматоров 3 и 2. Это приводит к рециркуляции радиоимпульсов на входных ВШП и к образованию медленно затухающей по огибающей пачки радиоимпульсов, формирующей в звукопроводе ЛЗДВ на ВПАВ 6 две встречные волны из последовательности взаимно когерентных цугов волн с периодом следования их в пачках равным Т. При этом взаимная когерентность указанных цугов обеспечивается тем, что в периоде Т укладывается целое число длин волн обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370o V/fo, т.е. выполнено условие fo обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T m (m целое число).

В результате взаимодействия этих встречных ПАВ между собой в звукопроводе ЛЗДВ на ВПАВ возникает стоячая волна на частоте fo, при этом в пространстве звукопровода между входными ВШП 4 и 5 должно укладываться по определению целое нечетное число полуволн обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370o/2, т.е. ЛЗДВ на ВПАВ должна быть так сконструирована, что представляла бы собой как бы открытый резонатор Фабри-Перо (как в оптике или микроволновой технике) с длиной резонатора Lрез= (2n+1)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 где n целое число (видим, что в длине резонатора должно укладываться целое и нечетное число полуволн для колебания несущей частоты принимаемого сигнала fo). Выходной ВШП 11 представляет собой сплошную монопериодическую структуру длиной lвыхNобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370cобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Vобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370q (при этом число N не обязательно целое, но просто существенно большее единицы, например от 7 до 20); q скважность. Чем больше число N lвых/Vобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T, соответствующее числу цугов ПАВ (каждой из двух встречных ПАВ), одновременно взаимодействующих с выходным ВШП 11, тем больше эффективность накопителя, т.е. выше амплитуда полезного сигнала на выходе ЛЗДВ на ВПАВ, и это число ограничивается технологическими возможностями изготовления подложки из монокристалла, соответствующего пьезоэлектрика звукопровода ЛЗДВ на ВПАВ.

Независимо от конкретного значения числа N выходной ВШП 11 должен быть согласован с несущей частотой принимаемого (обнаруживаемого) сигнала fo, для чего расстояние между смежными парами штырей ВШП, принадлежащих разным электродам ВШП, с которых снимается сигнал индукции (обычно один из электродов заземляется, является общим), должно быть нечетно кратным полуволне (2K+1)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 где К 0, 1, 2, целое число (обычно не более 5 или 7), в зависимости от значения самой частоты fo; если она невелика (порядка 20.60 МГц), то обычно берут К 0.

Для более высоких частот число К берут ненулевым, поскольку весьма сложно фотолитографическим способом изготовить ВШП с весьма малыми расстояниями между смежными электродами ВШП. Так, для пьезокварца V 3,16 мм/мкс, и при К 0 и fo 300 МГц для расстояния между смежными электродами ВШП получаем d (2k+1) x обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 порядка 5 мкм. Для частоты fo 20 МГц расстояние d79 мкм при К 0. Для того, чтобы съем сигнала с помощью выходного ВШП 11 был максимальным, его электроды должны находиться в пучностях стоячей ПАВ (это достигается конструированием ЛЗДВ на ВПАВ).

Особенностью расположения выходного ВШП 11 относительно входных ВШП 4 и 5 является различие расстояний от краев выходного ВШП 11 до соответствующих им входных ВШП. Это различие обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370l следует брать порядка Vобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T, поскольку Т > обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c и интервал времени корреляции для шумовой компоненты с полосой шума порядка обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370fшобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 20463701/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c при этом не выше периода Т рециркуляции. При выполнении ЛЗДВ на ВПАВ с величиной обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370lобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Vобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T шумовые компоненты во встречных ПАВ, индуцирующие в выходном ВШП 11 результирующую компоненту шума, являются взаимно некоррелированными. Поэтому отношение сигнал/шум на выходе устройства возрастает максимально пропорционально корню квадратному из двух (по напряжению). Именно это обстоятельство и оправдывает некоторое усложнение конструкции ЛЗДВ на ВПАВ за счет введения в ее структуру дополнительных входного и промежуточного ВШП и формирования условий образования в ней стоячей ПАВ, а также усложнение электроники устройства введением второго рециркуляционного кольца. При этом важно отметить, что столь существенное улучшение отношения сигнал/шум на выходе ДЛЗ обеспечивается при увеличении длины линии задержки 6, т.е. без удвоения числа N.

При некоррелируемости шумовых компонент для встречных ПАВ при выполнении ЛЗДВ на ВПАВ с несимметричным расположением выходного ВШП 11 относительно входных ВШП 4 и 5, как об этом было указано выше, дисперсия шума на выходе ЛЗДВ на ВПАВ предложенного устройства будет равна

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 20463702шобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370= 2 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 Nq2/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 20463701-Kобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (1) где G спектральная плотность мощности шума на входе устройства;

Ко коэффициент передачи по напряжению в рециркуляционном кольце (Ко обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 1).

Если отношение сигнал/шум на входе устройствам равно (по напряжению)

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370вх обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (2) где Рвх мощность моноимпульса на входе усилителя 1, то нетрудно понять, что при когерентном накоплении в ЛЗДВ на ВПАВ 6 мощность сигнальной компоненты наибольшая (сигнал на выходе сначала быстро ступенчато нарастает, а затем медленно падает по амплитуде) достигает величины

Pобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 max= 4Pобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (3) за время нарастания обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370tнар (N-1)T. Из выражений (1)-(3) можно получить выражение для наибольшего возможного отношения сигнал/шум на выходе ЛЗДВ на ВПАВ 6

maxобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 20463702л3 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (4)

Из выражения (4) видно, что наибольший выигрыш в отношении сигнал/шум по напряжению на выходе ЛЗДВ на ВПАВ Wлзmax будет равен

Wлз max обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (5)

После достижения этой величины выигрыша через время (N-1) обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T выигрыш Wлз(t) в функции времени медленно уменьшается дискретно-экспоненциально с постоянной времени обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370p Кообнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 Т/(1- Ко), т.е. равен

Wлз(t)= Wлзmax expобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (1-Ko)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (6) где индекс дискретизации i меняется по времени по закону i Eобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370nобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370t[t(T)] при tобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370(N-1)T, t текущее время.

Учитывая выражение (6), можно найти эффективную длительность накопления обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370:обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эф (S r) обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T, где индексы r и S определяются из системы (7)

r обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 1/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370

S обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 expобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (1-Ko)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 1/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (7)

Известно, что для передачи сигнала в цепи без заметного падения его энергии необходимо иметь полосу пропускания этой цепи, соизмеримую с обратной величиной длительности такого сигнала. Поэтому полоса пропускания в полосовом фильтре 12 может быть выбрана из условия

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370F обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (8) где обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fвх полоса пропускания входного усилителя 1 согласованная с длительностью принимаемого радиоимпульса обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c.Сужение полосы пропускания в полосовом фильтре 12 в q(S-r) раз по сравнению с полосой пропускания входного усилителя 1 в случае Гауссова шума позволяет снизить во столько же раз дисперсию шума на выходе полосового фильтра 12 по сравнению с тем значением, которое определено в формуле (1), поэтому отношение сигнал/шум по напряжению на выходе полосового фильтра 12 в интервале времени от t (N-1)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T и далее (в частности, до (S N + 1)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Т) определяется выражением

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370пф= обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370вх обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 expобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370- обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (1-Ko)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (9) в котором дискретные моменты времени определены как ti (i-N+1)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T

При условии, что Kобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 1динамика накопления такова, что происходит быстрое (за время (N-1)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T ) нарастание сигнала при выходе ЛЗДВ на ВПАВ 6 и медленное его затем падение (за время (S-N+1)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370T )с постоянной времени рециркуляторов обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370p= Ko /T (1-Ko) >> Т (полагаем, что обе рециркуляционные петли имеют идентичные характеристики, хотя это и не обязательно). Минимальное значение обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370пф.minв течение времени обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эфсогласно выражению (9) равно

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370пф min обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (10) а максимальное, согласно формулам (4) и (8), соответствует значению

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370пф max обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (11)

Из выражений (10) и (11) видно, что среднее значение отношения сигнал/шум на выходе полосового фильтра 12 равно

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370вх обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (12) где индексы r и S определены системой (7).

Полученный на выходе полосового фильтра 12 расширенный по длительности до величины обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эф (Sобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 r)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 T радиоимпульс с несущей частотой fo преобразуется в смесителе 13 в последовательность ЛЧМ-эквивалентов радиоимпульсов длительностью обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 лз каждый, где обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз- длительность импульсной характеристики ДЛЗ 15, которая также равна длительности колебания ЛЧМГ 14. Скорость частотной перестройки ЛЧМ колебания в ЛЧМГ 14 согласуется с дисперсией ДЛЗ 15 и равна обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fлз/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз где обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fлз рабочая полоса пропускания ДЛЗ 15

(обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fлз>>(1/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c)=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fвх>>обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370F)

Собственный шум смесителя 13 в полосе пропускания ДЛЗ 15 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fлзнаходится как произведение обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370шсм2= Gсмобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fлз, где G спектральная плотность шума смесителя, обычно в несколько раз большая величины G спектральной плотности шума входного усилителя 1 (r* Gсм/G). Можно показать, что при соблюдении условия

Кус>[2r*обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fлзобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370с(1-Ко2)]1/2 (13) где Куc полный коэффициент усиления в сигнальном тракте смесителя 13 (от входного усилителя 1 до выхода полосового фильтра 12 с учетом всех потерь в тракте), собственным широкополосным шумом смесителя можно пренебречь, и дисперсия шума на выходе шума ДЛЗ (при условии последующей компенсации потерь в ней) равна дисперсии шума на ее входе, поскольку шум не снижается в ДЛЗ, а остается равномерно "размазан" во временном отклике ДЛЗ, т.е. в цикле сканинга длительностью обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз.Полезный сигнал с временной выборкой обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз<обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эф снижается в ДЛЗ 15 в В обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370F лз обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз раз, и его амплитуда в максимуме корреляционной функции возрастает в обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 раз по сравнению с той, которая действует на выходе полосового фильтра 12 (полагая, что коэффициент передачи смесителя равен единице). Следовательно, в среднем отношение сигнал/шум на выходе ДЛЗ 15 можно записать в виде выражения

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (14)

Для того, чтобы в ДЛЗ 15 имела место хотя бы одна полная обработка ЛЧМ-эквивалента длительностью обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз с учетом того обстоятельства, что моменты синхронизации работы ЛЧМГ 14 и появления на входе входного усилителя 1 радиоимпульса не связаны между собой и произвольны, необходимо выбирать длительность обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эфобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 20463702обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз. Наибольшее быстродействие в системе в смысле потребного времени на накопление сигнала и принятия решения о его обнаружении (обнаружение осуществляется в цепях после ДЛЗ, не представленных на чертеже и содержащих амплитудный детектор и пороговое устройство) достигается при выборе обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эф=2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз Это последнее означает, что

S-r=(2B/q)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (15)

Подставляя выражение (15) в выражение (14), получим для случая оптимизации системы по ее быстродействию среднее отношение сигнал/шум, равное

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370вхобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Bобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 20463701+ обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (16) где обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fвх=1/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c- согласованная с длительностью входного радиоимпульса полосы пропускания входного усилителя 1.

Известно, что при оптимальной фильтрации радиоимпульса длительностью обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c необходимо затратить время 2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c и можно добиться получения отношения сигнал/шум на выходе такого оптимального фильтра обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370o, которое равно

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370o2=2E/G=2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370cPвх/G=2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370вх2 (17)

Следовательно, с учетом выражения (17) выражение (16) можно переписать в виде

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio (18)

То обстоятельство, что обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370o не нарушает классических представлений теории информации. Фактически здесь имеем дело с эквивалентом многоканального приемника с статистически независимыми шумовыми свойствами каждого из них и со сложением результатов приема в общей нагрузке. Известно, что при использовании М одинаковых приемников такого рода, объединенных в общую нагрузку, отношение сигналя/шум растет по напряжению пропорционально корню квадратному из числа приемников, т.е. растет пропорционально М.

Если каждый из таких приемников содержит оптимальный фильтр, то общее отношение сигнал/шум в общей их нагрузке будет равно обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 а время обработки будет равно 2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c. В предложенном устройстве это отношение определено в выражении (18), а обработка информации требует затраты времени равной 2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз. Связь между временами обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c иобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз дается выражением обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fлз/Bобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Fвх после подстановки его в выражение (18) получаем

обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370= обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (19)

Следовательно, выигрыш в отношении сигнал/шум предложенного одноканального устройства равен

W обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 1,207обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kio=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (20) где М число эквивалентных приемников с оптимальной обработкой информации, которое пришлось бы применить при их параллельной работе на общую нагрузку, чтобы получить тот же эффект обнаружения сигнала.

Выбор периода рециркуляции Т определяет возможное быстродействие заявляемого обнаружителя, поэтому минимальным значением для периода Т следует считать условие Т=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c. При этом условии видим из формулы (20), что отношение R обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370, находящееся под корнем в средней части этого выражения, характеризует кратность R/T=обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c (при Т обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c ) замедления обработки в заявляемом устройстве по сравнению с системой из Мmax параллельно работающих на общую нагрузку приемников, где число их равно

Mmax /обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 20463701,457обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Bобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370(1-K2o)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (21)

Из формулы (21) видно, что качество системы обнаружения Q, оцениваемое числом эквивалентных приемников с оптимальными фильтрами Mmax и числом, обратно пропорциональным замедлению при обработке информации, равно

Q обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 1,457обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 (22)

Легко выделить, что при достаточно большом увеличении числа N за счет увеличения длины выходного ВШП 11 в ЛЗДВ на ВПАВ 6 и при выборе коэффициента обратной связи Ko_обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 1 справедливым оказывается выражение

Q обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 2,9B/N(1-K*o), K*o обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 maxQ (23)

Таким образом, система отличается высоким качеством, реализация которого связана с работой системы не в реальном масштабе времени, в замедленном в R раз темпе по сравнению с параллельной работой Mmaxоптимальных приемников на единую нагрузку в течение времени 2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370c. Исследуя функцию обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370(KoN) обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370(1-K2o)обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370Kобнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370 на экстремум при заданном значении числа N, находим то значение коэффициента обратной связи Ко*, которое отвечает максимуму числа эквивалентных оптимальных приемников Мmax. Расчеты на микроЭВМ позволили получить таблицу соответствия для оптимизированных значений Ko* и Mmaxдля ряда чисел N.

Из приведенной таблицы видно, что функция обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370(Ko*,N)мало изменяется с существенным изменением числа N при выборе оптимального коэффициента Ko*. Может показаться, что нет смысла увеличивать число N, т.е. увеличивать фактически размеры ЛЗДВ на ВПАВ 6. Но это не так, поскольку функция обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370(Ko*,N) относится к ситуации, когда параметры ДЛЗ 15 согласованы с параметрами ЛЗДВ на ВПАВ 6 через условие равенства обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эф=(S-r)T=2обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз. Поэтому с ростом N увеличивается Ko*, что приводит к росту длительности выходного импульса обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эф снижаемого затем в ДЛЗ 15. Рост величины обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370эф адекватен росту длительности импульсной характеристики обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лзв ДЛЗ, т.е. росту ее базы В, а это приводит как к увеличению числа Mmax, так и к росту разрешающей способности по частоте анализатора обнаружителя, величина которой, как известно, определяется величиной 1/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз. Следовательно, увеличение числа N выгодно сказывается на обнаружительных характеристиках заявляемого технического решения, позволяет выбирать для его работы в согласованном режиме более высокоэффективные типы ДЛЗ. Следовательно, выражение (23) имеет универсальный характер оценки качества в согласованной системе предложенного типа, где связь между N и Ко определяется заменой Ко на его оптимизированное значение Ko*, зависящее от числа N, как это видно из приведенной таблицы. Как показали расчеты, при достаточно больших значениях N величина 1/N(1-Ko*) колеблется в малых пределах от 0,86 до 0,80, и тогда выражение (23) имеет простой вид, из чего делается главный вывод, что при достаточных значениях числа N (более 10) качество системы практически определяется базой ДЛЗ В: Q 2,4 В.

При приеме сигналов следует иметь в виду, что несущая частота их должна поддерживаться с точностью до 1/обнаружитель моноимпульсного радиосигнала, патент № 2046370лз,поэтому чем больше число N (сложнее конструкция ЛЗДВ на ВПАВ), тем выше требования к стабильности частоты зондирующего излучения в доплеровском локаторе или связной системе. Применительно к локации неподвижных объектов такая система весьма перспективна. В случае локации движущихся объектов (при наличии доплеровского смещения частоты) необходимо предварительное транспортирование несущей частоты в поисковом режиме к требуемой несущей частоте fо. Это увеличивает заметно время анализа в системе. Избежать этого можно в комбинированной системе: применением до рассматриваемого устройства широкополосного фильтра сжатия на другой ДЛЗ в режиме протяжки, при реализации которого частота корреляционного импульса на выходе такой ДЛЗ является постоянной и изменяется в функции величины доплеровского сдвига, лишь временное положение этого корреляционного импульса.

Изобретение может быть использовано в различных областях техники и научного эксперимента в локации, сверхдальней космической связи бинарными сигналами, в навигации, телеметрических системах, измерительной и спектроанализирующей технике, метрологии и т.д.

Класс G01S13/28 с сокращением длительности принятых импульсов

Наверх