цифровая система селекции движущихся целей
Классы МПК: | G01S13/52 для распознавания различия между неподвижным и подвижным объектами или между объектами, движущимися с различными скоростями |
Автор(ы): | Островский М.А., Абрамов Н.Л., Рябинин С.А. |
Патентообладатель(и): | Нижегородское высшее зенитное ракетное командное училище противовоздушной обороны, Островский Михаил Абрамович, Абрамов Николай Леонидович, Рябинин Сергей Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-08-02 публикация патента:
10.08.1997 |
Изобретение относится к радиолокации, в частности к устройствам обнаружения сигналов на фоне негауссовых пассивных помех. Изобретение позволяет повысить защищенность РЛС от негауссовых пассивных помех с неизвестным доплеровским смещением частоты. Для этого в цифровую систему селекции движущихся целей, содержащую два канала, первый из которых синфазный, а второй квадратурный, входы которых объединены и являются основным входом цифровой системы селекции движущихся целей, а косинусный и синусный управляющие входы объединены между собой соответственно, последовательно соединенные когерентный гетеродин и фазорасщепительную на 90o цепочку, выходы которой подключены к опорным входам соответствующего канала, первый и второй сумматоры, цепь корреляционной обратной связи, включающей перемножитель, интегрирующий фильтр, первый умножитель на постоянное число и цифровой генератор гармонических колебаний, косинусный и синусный выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам каналов, каждый из упомянутых каналов включает последовательно соединенные фазовый детектор, основной и опорный входы которого являются соответствующими входами канала, аналого-цифровой преобразователь, первый перемножитель, второй вход которого подключен к косинусному управляющему входу канал, и сумматор, выход которого является выходом канала, а также второй перемножитель, один вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя другого канала, второй вход подключен к синусному управляющему входу канала, а выход - к второму входу сумматора, дополнительно между выходом первого сумматора и входом второго сумматора введена цепочка, состоящая из последовательно соединенных двух цифровых фильтров подавления помехи, настроенных на нулевую доплеровскую частоту и второго умножителя на постоянное число, причем первый вход первого сумматора соединен с выходом первого канала, второй его вход - с выходом второго сумматора и с первым входом перемножителя цепи корреляционной обратной связи, второй вход которого соединен с выходом второго канала, выход первого цифрового фильтра подавления помехи является выходом устройства, дополнительно включен цифровой генератор шума, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход перемножителя цепи корреляционной обратной связи соединен с входом интегрирующего фильтра, выход которого соединен с первым умножителем на постоянное число, управляющий вход цифрового генератора гармонических колебаний соединен с выходом первого умножителя на постоянное число. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Цифровая система селекции движущихся целей, содержащая два канала, первый из которых синфазный, а второй квадратурный, входы которых объединены и являются основным входом цифровой системы селекции движущихся целей, а косинусный и синусный управляющие входы объединены между собой соответственно, последовательно соединенные когерентный гетеродин и фазорасщепительную на 90o цепочку, выходы которой подключены к опорным входам соответствующего канала, первый и второй сумматоры, цепь корреляционной обратной связи, включающий перемножитель, интегрирующий фильтр, первый умножитель на постоянное число и цифровой генератор гармонических колебаний, косинусный и синусный выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам каналов, каждый из упомянутых каналов включает последовательно соединенные фазовый детектор, основной и опорный входы которого являются соответствующими входами канала, аналого-цифровой преобразователь, первый перемножитель, второй вход которого подключен к косинусному управляющему входу канала, и сумматор, выход которого является выходом канала, а также второй перемножитель, один вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя другого канала, другой вход подключен к синусному управляющему входу канала, а выходк второму входу сумматора, отличающаяся тем, что между выходом первого сумматора и входом второго сумматора дополнительно введена цепочка, состоящая из последовательно соединенных двух цифровых фильтров подавления помехи, настроенных на нулевую доплеровскую частоту и второго умножителя на постоянное число, причем первый вход первого сумматора соединен с выходом первого канала, второй его вход с выходом второго сумматора и с первым входом перемножителя цепи корреляционной обработки связи, второй вход которого соединен с выходом второго канала, выход первого цифрового фильтра подавления помехи является выходом устройства, дополнительно включен цифровой генератор шума, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход перемножителя цепи корреляционной обратной связи соединен с входом интегрирующего фильтра, выход которого соединен с первым умножителем на постоянное число, управляющий вход цифрового генератора гармонических колебаний соединен с выходом первого умножителя на постоянное число.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиолокации, в частности к обнаружению сигналов на фоне негауссовых пассивных помех. Была предложена и исследована негауссова модель отражений от хаотически распределенных в пространстве объектов. На основании это модели был осуществлен синтез асимптотически оптимального обнаружителя сигналов, представляющего последовательно соединенные нелинейную систему селекции движущихся целей (СДЦ), согласованный фильтр, междупериодный когерентный накопитель сигнальной пачки и пороговое устройство. Нелинейная система СДЦ включает в себя пару междупериодных обеляющих фильтров (ОФ) и безынерционный нелинейный преобразователь (НП) между ними [1] Была доказана необходимость обеления (устранения частотной зависимости спектральной плотности мощности) помехи на входе НП. В известных линейных системах СДЦ [2] рассчитанных на компенсацию гауссовых помех, задача обеления помехи не стоит столь остро как при негауссовом помеховом воздействии. Поскольку в реальных условиях гауссовость помехи почти никогда не наблюдается, характеристики помехозащищенности используемых радиолокаторов ухудшаются при малейшем изменении закона распределения помехи. Использование же в нелинейных обнаружителях известных систем СДЦ, основанных на принципе минимизации мощности помехи на выходе, приводит не к улучшению, а к ухудшению характеристик помехозащищенности, так как при неполном обелении помехи в НП образуются комбинационные составляющие спектра неподавленных остатков. Таким образом, важнейшей составной частью нелинейных систем СДЦ [1] на фоне негауссовых помех является междупериодный ОФ. В условиях неизвестной статистики помех данный фильтр должен быть адаптивным, то есть менять свои параметры в соответствии с изменением характеристик помех. Известно множество систем СДЦ, осуществляющих адаптацию ее параметров по критерию минимума дисперсии помехи на выходе (например [2]). Однако данный критерий не ставит своей задачей устранение частотной зависимости выходного спектра помехи. В одних случаях компенсация помехи приводит к "недообелению", а в других к "переобелению" помехи. Поэтому использование критерия минимума дисперсии помехи на выходе недопустимо при воздействии негауссовых помех. Так, в случае воздействия негауссовых пассивных помех с неизвестной доплеровской частотой использование критерия минимума дисперсии ошибки измерений доплеровского смещения частоты помехи приводит к некачественной ее компенсации в смысле решения задачи обеления и, как следствие, к возникновению коррелированных остатков на выходе СДЦ. В связи с этим возникает задача построения адаптивной по доплеровской частоте системы СДЦ, использующей иной критерий качества, причем этот критерий должен приводить к обелению помехи на выходе ОФ. Наиболее близким техническим решением, совпадающим с предлагаемым устройством по большинству существенных признаков является система СДЦ [2] Устройство содержит первый ограничитель, вход которого служит входом всей системы и который подключен к двум каналам, один из которых синфазный, а другой квадратурный, каждый из них включает первый смеситель, основной вход которого является входом канала, линию задержки, вход которой подключен к выходу первого смесителя, второй и третий смесители, опорными входами которых являются выходы с линии задержки и первого смесителя соответственно, сумматор, входами которого в синфазном канале являются выходы вторых смесителей, в квадратурном канале выходы третьих смесителей обоих каналов, последовательно соединенные фазовый детектор обратной связи, основным и опорными входами которого являются выходы синфазного и квадратурного каналов соответственно, второй ограничитель, регулятор чувствительности, усилитель, делитель, интегратор, умножитель и накопитель, формирователь коэффициента нормировки, выход которого подключен к вторым входам умножителя и делителя, когерентный гетеродин, выход которого подключен к опорным входам второго и третьего смесителя синфазного канала, а также через фазосдвигающую на 90o цепочку - к опорным входам второго и третьего смесителя квадратурного канала, управляемый фазовращатель, управляющий вход которого соединен с накопителем цепи обратной связи, а основной вход с выходом вышеупомянутого гетеродина, выход управляемого фазовращателя подключен к опорному входу первого смесителя синфазного канала, а также через вторую фазосдвигающую на 90o цепочку к опорному входу первого смесителя квадратурного канала, выходом системы являются опорные входы первых смесителей каналов. Данная система была переведена в цифровую, которая обеспечивает то же качество компенсации доплеровской частоты и выбрана в качестве прототипа. На фиг. 2 представлена цифровая система СДЦ, которая содержит два канала 1, первый из которых синфазный, а второй квадратурный, входы которых объединены и являются основным входом всей системы, а косинусный и синусный управляющие входы объединены между собой соответственно, последовательно соединенные когерентный гетеродин 2 и фазорасщепительную на 90o цепочку 3, выходы которой подключены к опорным входам соответствующего канала, последовательно соединенные первую линию задержки 18, входом которой является выход первого канала и первый сумматор 14, вторую линию задержки 19, входом которой является выход второго канала и выход которой подключен к второму входу первого сумматора 14, второй сумматор 17, входами которого являются выходы обоих каналов, последовательно соединенные перемножитель цепи обратной корреляционной связи 4, входами которого являются выходы первого и второго сумматоров, ограничитель 20, регулятор чувствительности 21, усилитель 22, делитель 23, интегрирующий фильтр 5, первый умножитель на постоянное число 6, накопитель 24 и цифровой генератор гармонических колебаний 7, косинусный и синусный выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам каналов, которые являются выходом всей системы, формирователь коэффициента нормировки 25, выход которого подключен к вторым входам делителя и первого умножителя на постоянное число, каждый из упомянутых каналов включает последовательно соединенные фазовый детектор 8, основной и опорный входы которого являются соответствующими входами канала, аналого-цифровой преобразователь 9, первый перемножитель 10, второй вход которого подключен к косинусному управляющему входу канала, и сумматор 11, выход которого является выходом канала, а также второй перемножитель 12, один вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя другого канала, второй вход подключен к синусному управляющему входу канала, а выход к второму входу сумматора. Недостатком прототипа является снижение защищенности при воздействии негауссовых помех с неизвестным доплеровским смещением частоты. Устройство осуществляет "грубую" компенсацию доплеровской частоты по критерию минимума дисперсии ошибки измерений доплеровской частоты помехи, в результате чего на выходе системы СДЦ спектр выходного процесса оказывается неравномерным. Процесс с неравномерным спектром, проходя через НП, приобретает новые спектральные составляющие (продукты нелинейного взаимодействия отдельных спектральных составляющих), подавить которые уже невозможно никакими известными методами, и впоследствии накапливается в когерентном накопителе. В результате этого в областях действия помехи на выходе обнаружителя резко увеличивается число ложных тревог. При проведении математического моделирования на ЭВМ исследовались показатели качества обнаружения асимптотически оптимального обнаружителя при воздействии помехи с негауссовым законом распределения, в частности с одномерным лапласовским законом и с гауссовой формой спектральной плотности мощности. Дисперсия помехи выбиралась равной единице. На выходе прототипа в спектральной области образовывались нескомпенсированные продукты основной доплеровской частоты 20 Гц на уровне -35 dB, второй гармоники на частоте 40Гц на уровне -43dB и т. д. При этом на выходе обнаружителя вероятность ложной тревоги составляла 3





где

h(





где

Возводя обе части уравнения (2) в квадрат, полагая случайные процессы x(t) и y(t) стационарными и проведя ансамблевое усреднение, находят выражение для дисперсии ошибки рассогласования

где D





решением которого является оптимальная передаточная характеристика

При


x(t) = A(t)cos[(



где A(t),



Эти колебания в каждом канале поступают на аналого-цифровой преобразователь 9, где преобразуются с периодом дискретизации







Если частота цифрового генератора 7









H1(



При известной нормированной спектральной плотности мощности помехи с нулевым смещением доплеровской частоты этот фильтр должен иметь характеристику H(


Класс G01S13/52 для распознавания различия между неподвижным и подвижным объектами или между объектами, движущимися с различными скоростями