Radiolokacionnye_sistemy_SFU_elektronnyy _resurs (1021137), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Учеб.120ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.1. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВная вероятность F в этой схеме не зависит от спектральной плотности мощности помехи N0. Мгновенные значения помехи возрастают пропорционально1N0 и во столько же раз уменьшается множительN0перед интегралом.Рассмотрим физические процессы, происходящие в корреляционном обнаружителе. Для этого воспользуемся рисунками, иллюстрирующими корреляционную обработку для двух случаев: приема только помехи y(t) = = n(t) исмеси сигнала с помехой y(t) = x(t,α) + n(t).На рис.
4.3 отражены результаты перемножения функций y(t), x(t) иинтегрирования за время существования опорного сигнала (для различныхреализаций y(t)). Считается, что помеха имеет полосу, существенно большую, чем сигнал.x(t)x(t)0ty(t)=x(t)+n(t)y(t)=n(t)t.T)dt∫ y(t ) x(t =00Tzп=(t )0tx(t) y(t)=x2(t)+x(t) n(t)y(t) x(t) = n(t) x(t)z=(t )t∫ n(t ) x(t )dt0tzЭz0zЭz0ttτиТТ00tz (t ) = zп (t ) + zc (t ) = ∫ n(t ) x(t )dt + ∫ x2 (t )dtРис. 4.3. Эпюры, поясняющие принцип работы корреляционного обнаружителяПри отсутствии сигнала произведение x(t)y(t) соответствует знакопеременным колебаниям помехи, которые промодулированы опорным колебанием x(t).
При наличии сигнала наряду с шумовой составляющей x(t)n(t)2будет сигнальная составляющая x (t), которая при интегрировании существенно увеличивает значение корреляционного интеграла z. Корреляционная Радиолокационные системы. Учеб.121ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.1. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВобработка выявляет поэтому сходство (корреляцию) принимаемых колебанийс ожидаемыми.На выходе корреляционной обработки радиосигнал превращаетсяввидеосигнал. Его амплитуда и полярность зависят от сдвига фаз φ междусигналом и опорным напряжением. В случае подачи на вход корреляторапрямоугольного радиоимпульса длительность τи сигнал на его выходе при φ= 0 нарастает в зависимости от текущего времени t по линейному закону.После окончания сигнала интегратор на своем выходе может неограниченнодолго сохранять накопленный сигнал.На практике корреляционная обработка принимаемых колебаний производится на промежуточной частоте.
С этой целью в схеме рис. 4.2 принимаемое колебание частоты f0 предварительно преобразуется с помощью колебаний гетеродина частоты f1 в колебания промежуточной частоты f2. Соответственно опорное напряжение х(t,α) также формируется на промежуточной частоте. Операция умножения выполняется обычно с помощью фазовогодетектора.Таким образом, простейший корреляционный обнаружитель долженсодержать перемножитель, интегратор и пороговое устройство.К опорному колебанию обнаружителя предъявляются жесткие требования, в частности, оно должно:иметь тот же закон модуляции, что и в отраженном сигнале;иметь задержку во времени, равную времени запаздывания tз отраженного сигнала;быть смещено по частоте на величину, равную доплеровской добавкечастоты FД.4.1.2.
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛОВ СО СЛУЧАЙНЫМИПАРАМЕТРАМИПараметры отраженного сигнала практически всегда являются случайными. Алгоритм обнаружения таких сигналов (со случайной начальной фазой или случайными начальной фазой и амплитудой) предусматривает получение модульного значения корреляционного интеграла |z| и сравнение его спорогом z0.zz1 + z2 , оптимальному правилу соответствует схемаПоскольку =корреляционного обнаружителя с двумя каналами (рис.
4.4).22 Радиолокационные системы. Учеб.122ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.1. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВy(t)КВ-детекторх1(t)=x(t)cos[ω0t+φ(t)]x2(t)=x(t)sin[ω0t+φ(t)]КВ-де∫ХтекторХ∫z +z21ПУ22Âопт y ( t ) z0Рис. 4.4. Схема корреляционного обнаружителя с двумя квадратурными каналамиВ качестве опорных колебаний на умножители подаются сдвинутые на90 колебания высокой частоты x1(t) и x2(t).
Такие колебания называютквадратурными, поэтому рассматриваемый обнаружитель называется корреляционным обнаружителем с двумя квадратурными каналами.Наличие двух каналов позволяет исключить потери за счет случайности начальной фазы, так как |z| не зависит от фазы. Это видно из рис. 4.5, гдевеличины z1, z2 представляют корреляционные интегралы каналов.оz2z2 ′z1 ″β2β1z1z1 ′z2 ″Рис.
4.5. Диаграмма, поясняющая работу квадратурных каналовФормально в этом можно убедиться следующим образом. Представимсигналы квадратурных составляющих x1(t) и x2(t) в комплексной форме:{j ω0t +ψ ( t ) x1 ( t ) =X ( t ) cos ω0t + ψ ( t ) =X ( t ) ⋅ Re e {j ω0t + ψ( t ) x2 ( t ) = X ( t ) Im e }.};Ограничимся рассмотрением только сигнальных составляющих корре=x1 ( t ) y ( t ) dt и z2x2 ( t ) y ( t ) dt , т. е. случаляционныхинтегралов z1 =∫∫ем, когда y(t) = х(t,β), поскольку случайная начальная фаза принимаемого Радиолокационные системы.
Учеб.123ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.1. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВсигналаβ не влияет на распределение помеховой составляющейzn = ∫ x ( t ) n ( t ) dt.Сигнал x(t, β) также представим в комплексной форме:{x ( t ,β=) X ( t ) ⋅ Re⋅ e=j ω0 t + ψ ( t ) − β }=11− j ω t + ψ ( t ) − β j ω t + ψ ( t ) − β + X (t ) ⋅ e 0X (t ) ⋅ e 0.22Вычислим z1:j ω0 t + ψ ( t ) 1 j ω t + ψ (t ) − β − j ω0 t + ψ (t ) − β z1 Re ∫ X ( t ) edt==⋅ X ( t ) e 0+e 21 2j 2ψ tRe ∫ X ( t ) e j 2ω0 t ⋅ e ( ) ⋅ e− j β dt + ∫ X 2 ( t ) e j β dt .=2 Пренебрегая интегралом, в котором подынтегральное выражение содержит быстро осциллирующий множитель e j 2ω 0t (при медленно меняющихся посравнению с 2ω0 функциях Х(t) и ψ(t) этот интеграл равен площади S знакопеременной функции=e j 2ω0t cos 2ω0t + j sin 2ω0t в пределах длительности сиг-1X 2 ( t ) dt –нала и составляет величину ~ 0), получим z1 = Эcos β, где Э =энергия сигнала.
Аналогично можно получить z22∫= Эsin β. Тогдаz12 + z22 = Э2 cos2 β + Э2 sin2 β = Э и не зависит от случайной начальной фазы β. В частности, при β = 0 z1 = Э, z2 = 0 и сигнал выделяется верхним каналом. При β = π/2 z1 = 0, z2 = Э и выделять сигнал будет ужé нижнийz=канал, а верхний канал не будет участвовать в этом процессе.Вне зависимости от начальной фазы и того, какой из каналов выделяетсигнал, шумы проходят независимо от сигнала и, будучи независимыми,суммируются по мощности, которая за счет этого возрастает вдвое, ухудшаяотношение сигнал/шум. Это является платой за случайность начальной фазысигнала.Вместо │z│ в схеме обработки может использоваться и нормированное значение │zн│.Таким образом, корреляционный обнаружитель сигналов со случайными параметрами может быть построен по двухканальной схеме.Требования к опорному сигналу таких обнаружителей аналогичны требованиям к опорному сигналу корреляционных обнаружителей сигналов сполностью известными параметрами. Радиолокационные системы.
Учеб.124ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.1. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ4.1.3. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛОВ С НЕИЗВЕСТНЫМИПАРАМЕТРАМИРеально дальность и скорость обнаруживаемой цели являются неизвестными величинами. Поэтому заранее неизвестны время запаздывания идоплеровский сдвиг частоты полезного сигнала. Возникает естественный вопрос, каким образом осуществлять обработку сигналов в этом случае? Выходом может быть либо организация обзора по неизвестным параметрам (tз,FД) в одноканальном корреляторе, либо построение обнаружителя по многоканальной схеме, у которой каждый из каналов имеет свои параметры (tз,FД).В первом случае, например при неизвестном времени запаздывания,необходимо последовательно просмотреть всю дальность, что требует соответствующего времени (рис.
4.6).y(t)Х∫x(t–tз)x(t)Рис. 4.6. Одноканальный коррелятор с последовательным обзором по дальностиВо втором случае все дальности просматриваются одновременно, нонеобходимо Nr каналов (рис. 4.7).y(t)x(t–tз1)∫x(t–tзNr)∫…ХХx(t)Рис. 4.7. Многоканальный коррелятор с параллельным обзором по дальностиАналогично следует поступать и в случае неизвестной доплеровскойдобавки частоты FД. Необходимо или последовательно изменить частотуопорного сигнала (рис. 4.8), или иметь набор фильтров, каждый из которыхнастроен на своё значение FД (рис.
4.9). Радиолокационные системы. Учеб.125ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.1. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВВ литературе рассмотренные способы получили название последовательного и одновременного обзора скорости или дальности.Методы последовательного обзора требуют бóльшего времени для обработки сигналов, поэтому применяют многоканальные корреляционные обнаружители, структурная схема которых приведена на рис. 4.10.y(t)ХfопVarУПФzРис. 4.8.
Одноканальный коррелятор с последовательным обзоромпо скоростиy(t)Хх(t–tз)УПФ11FД1УПФNFffFДNF fРис. 4.9. Многоканальный коррелятор с параллельным обзором по скоростиy(t)Â1,kКанал 1, kК1х(tз1,FДk)Â 1,1Канал 1, 1К1х(tз1,FД1)Канал n, kК1х(tзn,FДn)СхемаопросаканаловКанал n, 1К1х(tзn,FД1)Рис. 4.10. Многоканальный корреляционный обнаружительКаждый канал такого обнаружителя имеет одинаковую структуру, например, с квадратурной обработкой. Ожидаемые сигналы x(tзi, FДi) отличаются между собой временным сдвигом tзi и частотой FДi. Временной сдвиг Радиолокационные системы. Учеб.126ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.1.
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВожидаемых сигналов в соседних каналах дальности не превышает разрешающей способности РЛС по времени запаздывания δτ.Соседние каналы скорости имеют отличия несущих частот ожидаемыхсигналов, не превышающие разрешающей способности РЛС по частоте Доплера δF .Для реализации корреляционного обнаружителя сигналов в диапазоневремени запаздывания tmin÷tmax, соответствующих интервалу дальностей(rmin÷rmax), необходимо Nr каналов:Nr =rmax − rmin,δr(4.1)где δr – разрешающая способность РЛС по дальности.Каждый канал дальности должен дополняться NF каналами скорости(частоты Доплера):NF =Vrmax − Vrminδ Vr,(4.2)где Vr , Vr – максимальная и минимальная радиальные скорости движения цели;δVr – разрешающая способность РЛС по скорости.Общее число каналов обнаружителяmaxminN=Nr ⋅ NF .Σ(4.3)Основной недостаток таких обнаружителей – многоканальность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
