пороговый бинарный обнаружитель
Классы МПК: | G01S7/292 выделяющие требуемые эхо-сигналы |
Автор(ы): | Скрипкин А.А., Олейникова Л.В. |
Патентообладатель(и): | Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" Всероссийского НИИ "Градиент" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-05 публикация патента:
20.07.2002 |
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и в беспоисковых устройствах определения частоты, в измерительных устройствах параллельного спектрального анализа. Пороговый бинарный обнаружитель содержит полосовой фильтр (ПФ) (1), вход которого является входом обнаружителя, и пороговое устройство (ПУ) (3), выход которого является выходом обнаружителя. Между ПФ (1) и ПУ (3) последовательно включены первый и второй узкополосные полосно-заграждающие фильтры (ПЗФ) (4) и (5) и фазовый детектор (ФД) (2), второй вход которого подключен к выходу ПФ (1). За счет перемножения АЧХ и ФЧХ высокодобротных ПЗФ с АЧХ ПФ и за счет использования отрицательности значений подинтегральных выражений в (2) на выходе ФД при предложенном структурном построении обнаружителя, т.е. по полярности сигнала, на выходе ФД можно различить присутствие сигнала в заданной полосе частот. Технический результат: повышение избирательности и снижение вероятности ложного обнаружения радиосигналов. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Пороговый бинарный обнаружитель, содержащий полосовой фильтр, вход которого является входом обнаружителя, и пороговое устройство, выход которого является выходом обнаружителя, отличающийся тем, что между полосовым фильтром и пороговым устройством последовательно включены первый и второй узкополосные полосно-заграждающие фильтры и фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу полосового фильтра.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах обнаружения и в беспоисковых устройствах определения частоты, в измерительных устройствах параллельного спектрального анализа. Для целей мгновенного обнаружения радиосигналов в отмеченных областях техники широко используются пороговые обнаружители радиосигналов радиометрического типа, корреляционного типа [1-3] и др. Большинство из них предназначено для обнаружения только заранее известного радиосигнала, что сужает их использование в условиях неопределенности по типу радиосигнала. Так, например, известен используемый для обнаружения слабых сигналов бинарный пороговый обнаружитель, содержащий последовательно соединенные полосовой фильтр (ПФ), квадратичный детектор, на выходе которого включена схема, компенсирующая постоянную шумовую составляющую, после которой подключается пороговое устройство [4, 5]. Такой обнаружитель является радиометрическим компенсационным обнаружителем. Наличие полосового фильтра на входе обуславливает общий недостаток подобных обнаружителей, а именно: возникновение ложных тревог при попадании мощного сигнала на скат АЧХ ПФ. Наибольшее распространение для мгновенного определения присутствия произвольного сигнала в заданной полосе частот получил функционально простой пороговый бинарный обнаружитель [1], содержащий (см. фиг.3) последовательно соединенные полосовой фильтр (ПФ) 1, амплитудный детектор (АД) 6 и пороговое устройство (ПУ) 3. Этот обнаружитель наиболее близок по функциональному построению к предлагаемому устройству, поэтому он принят за прототип. Такой обнаружитель применяется в многоканальных приемниках [1], в матричных приемниках [1] и в измерительных устройствах параллельного спектрального анализа [2]. В устройствах такого типа стоит задача последовательного уточнения частоты приходящего сигнала (или спектра частот) в заданном диапазоне частот, которую и решает прототип, входящий в каждый канал подобных устройств [1, 2]. Обнаружитель-прототип работает следующим образом:ПФ обеспечивает селекцию сигналов в заданной полосе частот
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185032/916.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185032/916.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/2185638-2t.gif)
где K(j
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185046/969.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185046/969.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185032/916.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185032/916.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/2185638-3t.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/2185638-4t.gif)
В случае, когда РЛО вне полосы частот превышает заданный порог, происходит ложное обнаружение. В идеальном случае, если передаточная функция ПФ K(j
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185046/969.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185046/969.gif)
Напряжение на выходе ФД 2 определяется выражением: [7]:
V = KVoVпcos(
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/934.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/934.gif)
где К - крутизна фазовых характеристик (ФХ) ФД, Vи - напряжение сигнала на выходе измерительного плеча, Vo - напряжение сигнала на выходе опорного плеча (плеча, напрямую соединенного с выходом ПФ),
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/934.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/934.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/934.gif)
Фазовый сдвиг измерительного плеча определяется суммой ФХ ПЗФ 4, 5 поскольку они соединены каскадно, а при каскадном соединении четырехполюсников их ФХ суммируются [8]. ФХ узкополосных ПЗФ 4, 5
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185029/981.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/697.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185029/981.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/697.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/2185638-5t.gif)
где Q - добротность узкополосных ПЗФ 4, 5,
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185046/969.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185046/969.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/934.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
Поэтому результирующий сигнал на выходе ФД 2 будет пропорционален
cos(arctg
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
Зависимость (5) показана на фиг.2(д). С учетом АЧХ ПЗФ 4, 5 (фиг.2(а)) на выходе ФД 2 получили ЧХ, показанную на фиг.2ж:
V = KVoVи(
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
Анализ (6) показывает, что вне полос заграждения, где коэффициент передачи ПЗФ 4, 5 близок к единице (Vи(
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185007/8776.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185608/958.gif)
fi
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/8712.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185032/916.gif)
то напряжение - положительно, а если сигнал попадает на скат АЧХ ПФ, т. е. fi
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/8713.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185032/916.gif)
то напряжение - отрицательно. Если интервал мощностей приходящих сигналов превышает 15 дБ (в реальных условиях работы больших радиотехнических систем, этот интервал значительно шире [1, 6, 13] ), а полоса ПФ 1 задана по уровню 5 дБ, то для второго и третьего каналов приемника (в диапазонах частот 46-50 ГГц и 50-54 ГГц соответственно - см. фиг. 5), описанного в [11, 12], использующего пороговые бинарные обнаружители, ширина полосы частот, в которой возможны ложные тревоги, составит соответственно 48 и 15%. При использовании предлагаемого устройства, ширина полосы частот скатов АЧХ, в которой возможны ложные тревоги, будет в данном случае определяться шириной полосы узкополосного ПЗФ 4, 5 по уровню 20 дБ. Известно [7], что нормированная резонансная кривая одиночного контура описывается выражением:
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/2185638-6t.gif)
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/2185638-7t.gif)
Если в качестве узкополосных ПЗФ 4, 5 используются диэлектрические резонаторы, у которых в диапазоне 40 ГГц типичное значение нагруженной добротности Q= 105 [14], то максимальная относительная ширина полосы частот, в которой возможны ложные тревоги, будет равна:
![пороговый бинарный обнаружитель, патент № 2185638](/images/patents/285/2185638/2185638-8t.gif)
что на три порядка уже, чем у лучших из существующих в настоящее время устройств [11, 12]. Это и свидетельствует о снижении на три порядка уровня ложных тревог. Из приведенных обоснований и сравнения фиг.2ж и фиг.5 также следует, что и избирательность предлагаемого устройства по относительной ширине полосы частот улучшается на десятки процентов. При использовании предлагаемого устройства может быть получен следующий технический результат:
- повышение избирательности (на десятки процентов, что видно из сравнения фиг.2ж и фиг.5 и приведенных обоснований);
- снижение (примерно на три порядка, как показано выше) вероятности ложного обнаружения;
- упрощение схемы и ее настройки, за счет применения простых (с небольшим количеством звеньев) ПФ. Источники информации
1. Вакин С. А. , Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. - М.: Сов. радио, 1968. 2. Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. - М.: Энергия, 1969. 3. Тузов Г.И. Статическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977. 4. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. - М.: Наука, 1973. - прототип, стр. 257-270. 5. Николаев А. Г. , Перцов С.В. Радиотеплолокация. - М.: ВИМО, 1970. - прототип. 6. Вартанесян В.А. Радиоэлектронная разведка. - М.: ВИМО, 1975. 7. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Сов. радио, 1977. 8. Зернов Н.В., Карпов ВТ. Теория радиотехнических цепей. - Л.: Энергия, 1972. 9. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники. Ч.1. - М., 1973. 10. Microwave Systems News 7, July 1979, р.36-47, 98. 11. Microwave Systems News 12, December 1981, р.60-80. 12. Microwave Systems News 7, July 1984, р.233-262. 13. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: ВИМО, 1981. 14. Исследование фильтров на диэлектрических волноводных резонаторах. Отчет по НИР, кн. 1, ВНТИЦ, 1984.
Класс G01S7/292 выделяющие требуемые эхо-сигналы