Спосіб визначення азимута центра пачки відеоімпульсів та пристрій для його здійснення

1. Спосіб визначення азимута центра пачки відеоімпульсів, заснований на запам'ятовуванні амплітуд прийнятих сигналів в р ухомому "вікні", зважуванні амплітуди кожного прийнятого сигналу у відповідності зі значеннями вагових коефіцієнтів, утворенні півсум зважених амплітуд, прийнятих у рухомому "вікні" ліворуч та праворуч від нульового значення вагової функції, який відрізняється тим, що, використовуючи рухоме "вікно" з фіксованою шириною, обчислюють різницеву характеристику, визначають моменти перетину різницевої характеристики в ділянці переходу через нульове значення з двома значеннями порогів, один з яких позитивний, а другий негативний, фіксують значення кодів азимута в ці моменти і визначають код азимута, що відповідає центру пачки відеоімпульсів, як середнє арифметичне зафіксованих значень кодів азимута. 2. Пристрій для визначення азимута центра пачки відеоімпульсів, який включає оперативний запа C2 2 UA 1 3 79461 обработки радиолокационных сигналов. «Воениздат», М., 1968г.]. Недоліками аналога є те, що хоч наведені об'єкти найбільш прості в реалізації, однак не є оптимальними з точки зору точності виявлення азимуту цілі, що зумовлено: - малим співвідношенням сигнал/шум на краях пачки; - асиметрією бінарної пачки на виході пристрою виявлення, що виникає завдяки тому, що пристрої придушення завад, які входять до складу пристрою виявлення вносять втрати в обробку корисного сигналу. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб оцінки азимуту цілі при рівномірному скануванні антени, який включає наступні операції: - запам'ятовують амплітуди сигналів, що приймаються в рухомому "вікні", ширина якого N відповідає довжині пачки; - зважують амплітуди кожного прийнятого сигналу у відповідності до значень вагових коефіцієнтів; - утворюють півсуми зважених амплітуд, прийнятих в рухомому "вікні" ліворуч та праворуч від нульового значення вагової функції; - порівнюють півсуми та фіксують позицію, де результат порівняння проходить через нульове значення. Таким чином відомий спосіб припускає обробку пачок сигналів певної тривалості, а пристрій, що його реалізує використовує об'єм оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП), узгоджений з тривалістю пачки. Однак на практиці в реальних пачках кількість імпульсів є далеко не постійною, а суттєво залежить від ефективної відбиваючої поверхні цілі, її положення у просторі та інших факторів. Крива, що огинає пачку сигналів, відбитих від цілі з великою відбиваючою поверхнею, яка знаходиться на малій відстані, може суттєво збільшитися по азимуту та перекрутитися за формою, придбавши більш плоску вершину, завдяки нелінійності приймального тракту в зоні великих сигналів. Пачка за кількістю імпульсів стає неузгодженою з об'ємом ОЗП, який реалізує його затримку, що призводить до утворення тривалого інтервалу часу, на якому значення півсум близькі одне до одного. Вплив шумів, флуктуації амплітуд сигналів та інші фактори можуть призвести до виникнення рівності півсум (тобто до формування сигналу дозволу на знімання коду азимуту) в любій точці цього інтервалу часу, тривалість якого може перевищува ти азимутальну дискретність вихідної пачки сигналів, що приведе до помилок у вимірі азимуту. В основу винаходу поставлено задачу підвищення точності визначення азимуту центр у пачки відеоімпульсів. Поставлена задача досягається тим, що запам'ятовують амплітуду прийнятих сигналів в рухомому "вікні", зважують амплітуду кожного прийнятого сигналу у відповідності зі значеннями вагових коефіцієнтів, утворюють півсуми зважених амплітуд, прийнятих у рухомому "вікні" ліворуч та праворуч від н ульового значення вагової функції, використовуючи р ухоме "вікно" з фіксованою 4 шириною, обчислюють різницеву характеристику, визначають моменти перетину різницевої характеристики в районі переходу через нульове значення з двома значеннями порогів, один з яких позитивний, а другий негативний, фіксують значення кодів азимуту в ці моменти і визначають код азимуту, що відповідає центру пачки відеоімпульсів, як середнє арифметичне зафіксованих значень кодів азимуту. Поставлену задачу також досягають тим, що у пристрій, який містить оперативний запам'ятовуючий пристрій з N виходами, перший і другий суматори з N/2 входами кожний, причому вхід оперативного запам'ятовуючого пристрою є входом всього пристрою, молодші N/2 виходи оперативного запам'ятовуючого пристрою сполучені зі входами першого суматора, старші N/2 виходи оперативного запам'ятовуючого пристрою сполучені зі входами другого суматора, перший компаратор, лічильник масштабних імпульсів, вихід якого сполучено зі входом першої схеми І, додатково введено блок віднімання, третій та четвертий суматори, другий компаратор, подільник на К, схема, що інвертує, формувач імпульсів "початку," формувач імпульсів "кінця", друга схема І, оперативний запам'ятовуючий пристрій коду азимуту, причому входи третього суматора та блоку віднімання з'єднані з виходами першого і другого суматорів, а вихід третього суматора з'єднаний зі входом подільника на К, перший вихід якого з'єднаний з першим входом першого компаратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом блоку віднімання та першим входом другого компаратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом схеми, що інвертує, вхід якої з'єднаний з другим виходом подільника на К, вихід першого компаратора з'єднаний зі входом формувача імпульсів "початку", ви хід якого з'єднаний з другим входом першої схеми І, а вихід другого компаратора з'єднаний зі входом формувача імпульсів "кінця", вихід якого з'єднаний з другим входом другої схеми І, перший вхід якої з'єднаний з виходом лічильника масштабних імпульсів, а вихід з першим входом четвертого суматора, вихід якого є виходом всього пристрою, а другий ви хід його з'єднаний з виходом оперативного запам'ятовуючого пристрою коду азимуту, вхід якого з'єднаний з виходом першої схеми І. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і те хнічного результату полягає в такому. Завдяки тому, що, використовуючи р ухоме "вікно" з фіксованою шириною, обчислюють різницеву характеристику, визначають моменти перетину різницевої характеристики в районі переходу через нульове значення з двома значеннями порогів, один з яких позитивний, а другий негативний, фіксують значення кодів азимуту в ці моменти і визначають код азимуту, що відповідає центру пачки відеоімпульсів, як середнє арифметичне зафіксованих значень кодів азимуту, а у пристрій, який реалізує заявляємий спосіб, додатково введені блок віднімання, третій та четвертий суматори, другий компаратор, подільник на К, схема, що інвертує, формувач імпульсів "початку," формувач імпульсів "кінця", друга схема І, оперативний за 5 79461 пам'ятовуючий пристрій коду азимуту, причому входи третього суматора та блоку віднімання з'єднані з виходами першого і другого суматорів, а вихід третього суматора з'єднаний зі входом подільника на К, вихід якого з'єднаний з першим входом першого компаратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом блоку віднімання та першим входом другого компаратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом схеми, що інвертує, вхід якої з'єднаний з виходом подільника на К, вихід першого компаратора з'єднаний зі входом формувача імпульсу "початку", вихід якого з'єднаний з другим входом першої схеми І, а вихід другого компаратора з'єднаний зі входом формувача імпульсу "кінця", вихід якого з'єднаний з другим входом другої схеми І, перший вхід якої з'єднаний з виходом лічильника масштабних імпульсів, а вихід з першим входом четвертого суматора, вихід якого є виходом всього пристрою, а другий вхід його з'єднаний з виходом оперативного запам'ятовуючого пристрою коду азимуту, вхід якого з'єднаний з виходом першої схеми І, підвищується точність визначення азимуту центру пачки відеоімпульсів. В запропонованому способі визначення азимуту центра пачки імпульсів, заснованому на запам'ятовуванні амплітуд прийнятих сигналів в рухомому "вікні", зважуванні амплітуд кожного прийнятого сигналу у відповідності зі значеннями вагових коефіцієнтів, утворенні півсум зважених амплітуд, що прийняті в рухомому "вікні" ліворуч і праворуч від нульового значення вагової функції, поставлена задача у випадку фіксованої ширини рухомого "вікна" досягається тим, що обчислюють різницю створених півсум (різницеву характеристику) і визначають значення кодів азимуту b1 та b2 , що відповідають моментам перетину різницевої характеристики з двома значеннями порогів, один з яких позитивний, другий - негативний. Код азимуту, що відповідає центру пачки відеоімпульсів, визначають як середнє арифметичне зафіксованих значень азимуту b1 та b2 : b +b bцентру = 1 2 2 У порівнянні з прототипом запропонований спосіб має наступні суттєві ознаки, які дозволяють додатково виконувати наступні операції: - обчислення різниці півсум (різницевої характеристики); - визначення моментів перетину різницевої характеристики в районі переходу через нульове значення з двома значеннями порогів, один з яких позитивний, другий - негативний; - фіксацію значень кодів азимуту в зазначені моменти; - визначення коду азимуту, що відповідає центру пачки відеоімпульсів, як середнє арифметичне двох зафіксованих значень коду азимуту. Кожна з цих ознак окремо досить відома, однак, використані у зазначеній послідовності, дозволяють одержати новий ефект, що виявляється у підвищенні точності визначення азимуту центру пачки відеоімпульсів в усьому динамічному діапазоні змін амплітуд вхідних сигналів та тривалості 6 вхідних пачок сигналів, що забезпечується формуванням регульованих (в залежності від рівня сигналів) порогів, за допомогою яких знаходяться точки перетину різницевої характеристики, а результуючий код азимуту центра пачки відеоімпульсів формується в четвертому суматорі як півсума кодів азимуту, які відповідають даним точкам перетину. Значення позитивного порогу на виході подільника на К залежить від суми амплітуд вхідних сигналів, яка отримується на виході третього суматора та величини коефіцієнта ділення на К (постійна величина). Негативний поріг має ту ж величину, але протилежний знак. При малих значеннях вхідних амплітуд значення порогів близькі до нуля і результат, що отримується в запропонованому пристрої наближується до результату, що одержують у відомому пристрої. Під час зростання амплітуд вхідних сигналів пороги стають суттєвими і позитивний ефект від їх наявності стає чуттєвим, коли розміри пачки стають суттєво більшими за об'єм оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП), що здійснює його затримку. Значення коефіцієнту К вибирають виходячи з двох умов: - максимальне виключення можливості хибних перетинів різницевої характеристики з порогами. Ця умова потребує мінімального значення К; - виконання вимог з азимутальної вирішальної спроможності пристрою, яка погіршується зі зменшенням значення К. Ця умова потребує підвищення значення К. Залежність значень порогів від суми амплітуд вхідних сигналів дозволяє за рахунок вибору коефіцієнта К уникнути хибного перетину з ними різницевої характеристики неузгодженої пачки в районі її малих значень. Так, якщо задати значення порогів постійними із розрахунку на мінімальний сигнал, тоді при великому сигналі неузгодженої пачки вони не будуть ефективними, тому що "коливання" різницевої характеристики, що викликані флуктуаціями амплітуд сигналів можуть багаторазово перевищува ти ці малі значення порогів, можливі їх хибні перетинання, а внаслідок втрата точності у визначенні азимуту центру пачки відеоімпульсів. Таким чином запропонований пристрій дозволяє підвищити точність визначення азимуту пачки відеоімпульсів у всьому динамічному діапазоні зміни амплітуд вхідних сигналів та тривалості пачок вхідних сигналів. Додаткові елементи, що вводяться до пристрою, широко відомі в техніці, але їх застосування у зазначеному зв'язку з іншими елементами схеми дозволило виявити нову якість - підвищення точності виявлення азимуту центру пачки відеоімпульсів. На Фіг.1 приведена структурна схема пристрою визначення азимуту центр у пачки відеоімпульсів, яка реалізує запропонований спосіб, на Фіг.2 - діаграми сигналів в різних точках даної схеми. Запропонований пристрій включає оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) 1, суматори 2, 3, 4, 20, подільник на К 5, блок віднімання 6, компаратори 8, 9, ОЗП знаку 10, 11, інвертори 12, 7 79461 13, схему що інвертує 7, схеми І 14...17, лічильник масштабних імпульсів 18, ОЗП коду азимуту 19. ОЗП знаку + 10, інвертор 12, схема І 14 утворюють формувач імпульсів "початку" (ФП). ОЗП знаку - 11, інвертор 13, схема І 15 утворюють формувач імпульсів "кінця" (ФК). Пристрій працює наступним чином. На вхід ОЗП 1, який є входом пристрою, надходить пачка амплітуд сигналів, азимут центра якої необхідно визначити (Фіг.2а). Сусідні відліки амплітуд у пачці розділені інтервалом Tb . ОЗП 1 розраховано на обробку пачки з кількістю підрахунків N=4. Однак наведена на Фіг.2а пачка має більшу кількість підрахунків амплітуди, тобто є неузгодженою з об'ємом ОЗП 1, що демонструє позитивний ефект. Затримка між сусідніми виходами ОЗП І дорівнює Tb . С уматори 2 і 3 здійснюють складання сусідніх підрахунків вхідних амплітуд в рухомому "вікні", ширина якого дорівнює d = 2Tb (Фіг.2б, в). Суматор 4 реалізує функцію рухомого "вікна", ширина якого дорівнює 4Tb (Фіг.2г - A å ). Блок віднімання 6 формує різницеву характеристику AD (Фіг.2г) обчислюючи різницю значень накопичених величин в суматорах 2 та 3. Подільник на К 5, схема що інвертує 7 формують позитивний (V+) та негативний (V-) пороги, з якими в компараторах 8 і 9 здійснюється співставлення різницевої характеристики AD . Закон зміни порогів в часі повторює закон зміни величини A å , оскільки пороги являються частиною A å , в даному випадку 1/8 частиною (К=8). На вході компаратора 8 формується сигнал A D < V + - це по суті знак різниці A D - V , який має нульове значення на проміжку, де A D ³ V + (Фіг.2д). На виході компаратора 9 формується сигнал A D < V - - це по суті знак різниці A D - V - , який має нульове значення на проміжку, де A D ³ V - одиничне значення на інтервалі, де A D < V - (Фіг.2з). ОЗП знаку +10 та ОЗП знаку -11 затримують відповідні знаки на період слідування відеоімпульсів вхідної пачки сигналів - величини Tb (Фіг.2є, і). Інвертор 2, схема І 14 формують імпульс "початку" який дозволяє проходження коду змінного азимуту (що має місце на вході лічильника масштабних 8 імпульсів 18) через схему І 16. Значення коду азимуту b1 в даний момент фіксується в ОЗП коду азимуту 19 (Фіг.2ж). Інвертор 13, схема І 15 формують імпульс "кінця", який дозволяє проходження коду азимуту через схему 1 16 на вхід суматора 20 (Фіг.2к). Значення коду азимуту b2 в момент імпульсу "кінця" і значення коду азимуту в момент імпульсу "початку", що зберігаються в ОЗП коду азимуту 19, складаються в суматорі 20, вихідне значення коду азимуту якого дорівнює: b1 + b2 2 Отримане значення більше ніж дійсний код азимуту, який відповідає центру вхідної пачки відеоімпульсів на постійну величину, що дорівнює розміру рухомого "вікна" b = 2Tb , і яку легко врахува ти у кінцевому результаті разом з іншими систематичними похибками. Звертаючись повторно до різницевої характеристики AD (Фіг.2г) слід підкреслити, що відсутність позитивного та негативного порогів (рівність їх нулю) могло б призвести до неоднозначності у визначенні центру пачки: точки А, В, С..., тобто максимальна похибка у даному випадку мала величину ±2 Tb . Запропонований винахід дозволяє ліквідувати цей недолік наступним чином - для пачки відеоімпульсів, тривалість якої майже дорівнює ширині рухомого "вікна", точність визначення азимуту центру пачки покращується за рахунок того, що до процесу вимірювання вводиться операція усереднення: b + b2 bц = 1 (Фіг.2л) 2 У випадку застосування запропонованого способу до пачки відеоімпульсів, тривалість якої значно перевищує ширину рухомого "вікна", виграш у точності отримують за рахунок виключення велиD ких похибок, розподілених в інтервалі ± віднос2 но дійсного значення, які виникають у результаті впливу дестабілізуючи х факторів на різницеву характеристику AD в діапазоні її малих значень (Фіг.2г). 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 79461 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601