Radiolokacionnye_sistemy_SFU_elektronnyy _resurs (1021137), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Фильтровый обнаружитель для сигналас полностью известными параметрамиДля сигналов со случайными параметрами обнаружитель может бытьпостроен двумя способами. Первый способ основан на традиционной методике вычисления модуля корреляционного интеграла. Второй способ использует свойство инвариантности СФ к амплитуде А и времени запаздывания tзсигналов.y(t)СФ900W1(t)W12 + W22ПУW0 = cz0СФW2(t) = W1 ┴ (t)Рис. 4.18. Фильтровый обнаружитель для сигналов со случайными параметрамиРассмотрим соотношение (4.10). Сигналы, отличающиеся по амплитудев А раз и по времени запаздывания на величину tз, в соответствии со свойством линейности преобразования Фурье и теоремы запаздывания имеют спектральные характеристики, отличающиеся только множителем Ae− j 2π ftз .
В соотношении (4.10) постоянные c и t0 могут быть произвольными вещественными величинами, поэтому фильтр, согласованный с сигналом, имеющимспектр g ( f ) , окажется согласованным и c сигналом, спектральная характе-ристика которого Ag ( f ) e − j 2π ftз , при соответству-ющем выборе постоянныхс и t 0. Радиолокационные системы.
Учеб.136ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.2. ФИЛЬТРОВЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВСФ неинвариантен к изменению несущей частоты, поэтому для выделения сигналов от целей, движущихся с различными скоростями, схема обнаружителя включает набор фильтров (рис. 4.19).СФF1СФСФF2......СхемаотбораmaxСФFmРис.
4.19. Схема обнаружителя для выделения сигналов от целей,движущихся с различными скоростямиТаким образом, СФ обеспечивает на выходе максимальное отношениесигнал/шум, которое зависит только от энергии полезного сигналаиспектральной плотности мощности шума и не зависит от формы сигнала.Он инвариантен к амплитуде и времени запаздывания сигналов и неинвариантен к их несущей частоте. При случайных параметрах сигнала оптимальный фильтровый обнаружитель должен содержать амплитудный детектор.4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИРАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВХарактеристики фильтров определяются частотными и временнымипараметрами сигналов, используемых в РЛС.
В этой связи возникает задачаобоснования структуры и параметров указанных фильтров, определя-емая влитературе как задача синтеза согласованных фильтров.Согласованные фильтры широко применяются в радиолокации. Ониявляются неотъемлемой и важнейшей частью оптимальных устройств обнаружения и измерения параметров сигналов.Многообразие радиолокационных сигналов порождает и многообразиефильтров для их оптимальной обработки и соответственно несколько путейрешения задачи синтеза, в частности, по импульсной или частотной характеристикам. Радиолокационные системы. Учеб.137ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3.
СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ4.3.1. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ГАУССОВЫХ И ПРЯМОУГОЛЬНЫХРАДИОИМПУЛЬСОВСинтез СФ заключается в подборе такой линейной цепи (системы), импульсная и частотная (передаточная) характеристики которой соответствуютвиду и спектру обрабатываемого сигнала. При этом подбор (синтез) достаточно осуществить только временным методом (т.
е. по импульсной характеристике) или только спектральным (т. е. по частотной характеристике).Рассмотрим пример согласованной фильтрации гауссового радиоимпульса:x (t ) = e t −π τи 2cos2πf 0t ,(4.18)где τи – длительность импульса на уровне 0,46.Выбор согласованного фильтра проведем по частотной характеристике.Для этого определим спектр сигнала. Представим сигнал x(t) в соответствиис теоремой Эйлера суммой двух комплексных колебаний:2x ( t=) t − π τи 1e22 t − π τи 1⋅ e j 2πf0t + e2⋅ e− j 2πf0t .(4.19)Каждое из колебаний в формуле (4.19) имеет спектр гауссовой формы:=q( f )τи2− π( f − f 0 ) τ и22e+τи2− π( f − f 0 ) τ и22e.(4.20)Физически реализуемый спектр находится в области частот f > 0 и определяетсяпервым слагаемым в формуле (4.20).
Функция q(f) является вещественной, поэтому фазочастотный спектр сигнала x(t) равен 0 (рис. 4.20).g(f)Пи =1τиarg g(f)f0fРис. 4.20. Спектр гауссова радиоимпульса Радиолокационные системы. Учеб.138ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВАЧХ СФ соответствует АЧС сигнала:kcогл=( f ) c q=( f ) cq=( f ) c1e=где с1− π( f)c1e=2− f 0 τ и2−π( f − f 0 )2П и2, (4.21)cτ и1=, a Пи.2τиПоскольку arg q(f) = 0, то arg kсогл(f) = – 2πft0.kсогл(f)f0t0 = 2kπk = 1, 2,…arg kсогл(f)f0fРис.
4.21. Вид АЧХ и ФЧХ СФ гауссова радиоимпульсаСледовательно, чтобы построить СФ для гауссова радиоимпульса,нужно использовать линейную систему с гауссовой АЧХ и линейной ФЧХ(рис. 4.21). Требуемые характеристики может иметь многокаскадный усилитель промежуточной частоты с одиночными контурами в каскадах, настроенными на общую частоту f0. Частотная характеристика такого фильтра определяется выражением−=kn ( f ) e2( f − f 0 )2 П0 n2⋅e− jn2( f − f 0 )П0,(4.22)где n – количество каскадов;П0 – полоса пропускания контура.При соответствующем подборе результирующей полосы такой резонансный усилитель является СФ для любого заданного гауссова радиоимпульса.
Особенностью согласованной фильтрации радиоимпульсов являетсяизменение параметров выходных сигналов.Рассмотрим АЧС выходного сигнала: Радиолокационные системы. Учеб.139ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ=qвых ( f ) k=c2 eсогл ( f ) q ( f ) f−f 0−π Пи 2 2,1где П и = – ширина полосы АЧС, соответствующая уровню 0,46;τиc2 = с1 · с0,с0 = τи/2.Из полученного соотношения следует, что ширина спектра гауссоварадиоимпульса, прошедшего СФ, сужается в 2 раз, а длительность выходного радиоимпульса увеличивается в 2 раз.
За счет указанного искажениясигнала обеспечивается максимальное отношение сигнал/помеха.Рассмотрим согласованную фильтрацию одиночного прямоугольногорадиоимпульса:cos 2π f0t , 0 ≤ t ≤ τи ;x (t ) = 0 > t > τи .0,Синтез СФ произведем по импульсной характеристике k(f). Согласованным фильтром для такого сигнала будет фильтр, который имеет импульснуюхарактеристику в виде прямоугольного радиоимпульса (рис. 4.22) длительностью τи.x(t)kсогл(t)0t0τиtτиРис. 4.22. Прямоугольный радиоимпульс и его импульсная характеристикаЗадача заключается в выборе устройства, которое при подаче на еговход дельта-импульса обеспечивает получение на выходе напряжения, равного требуемой импульсной характеристике.Таким устройством может быть фильтр со схемой, представленной нарис.
4.23. Радиолокационные системы. Учеб.140ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВτз=τи=nT0//x(t)δ(t)–1tΣW(t)CtLτиРис. 4.23. Согласованный фильтр одиночного прямоугольного радиоимпульсаОна включает высокодобротный контур, линию задержки с временем задержки τз = τи, сумматор и фазовый инвертор.
Время задержки τз составляет целое число периодов T0 колебаний высокой частоты. При подаче на вход δимпульса в колебательном контуре возбуждаются медленно затухающие колебания. Через время t = τз = τи они будут сорваны задержанным δ-импульсом. Такимобразом, импульсная характеристика схемы имеет следующий вид:c cos 2π f0 (τи − t ) , 0 ≤ t ≤ τиkсогл (t ) = ,>>0,0tτигде t – момент времени воздействия δ-импульса, т.
е.kсогл(t) = сx(t0 – t), t0 = τи.При подаче на вход фильтра прямоугольного радиоимпульса на выходеобразуется ромбовидный радиоимпульс длительностью 2τи (рис. 4.24).x(t)tx1(t)τиtx2(t)W(t)τиτиttРис. 4.24. Процесс формирования сигнала на выходе СФ Радиолокационные системы. Учеб.141ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВВ контуре высокой добротности происходит линейное нарастание амплитуды напряжения в течение длительности импульса τи и медленное затухание колебаний после его окончания. В результате вычитания двух переходных процессов, возникших в контуре от незадержанного и задержанногоинвертированного радиоимпульсов, на выходе получается ромбовидный радиоимпульс длительностью 2τи.Таким образом, для технической реализации СФ одиночного прямоугольного радиоимпульса необходимо иметь высокодобротный колебательный контур и высокостабильную линию задержки.С целью упрощения технической реализации фильтра осуществляют переход к квазиоптимальной обработке.
Она сводится к оптимизации по критерию максимума отношения сигнал/помеха полосы пропускания Пф фильтра спрямоугольной АЧХ и близкой к линейной ФЧХ: arg K(f) = –2πft0. Для прямоугольного радиоимпульса длительностью τи оптимальная полоса фильтра определяется из соотношения Пф = 1,37/τи (рис. 4.25).|К(f)||g(f)|П ср =1, 37τиf0fРис.
4.25. АЧХ квазиоптимального фильтраВведение квазиоптимальной обработки приводит к незначительному (~на 17 %) уменьшению отношения сигнал/помеха q2, обеспечиваемому согласованным фильтром:2qкв=0,83 ⋅ q2 .оптАЧХ фильтра, по форме близкая к прямоугольной, реализуется путемпоследовательного включения тройки взаимно расстроенных по резонансным частотам усилителей промежуточной частоты.Таким образом, синтез СФ одиночных радиоимпульсов можно осуществить двумя методами: временным, в основе которого лежит подбор СФпо его импульсной характеристике, определяемой видом и параметрами сигнала х(t); и частотным, предполагающим выбор линейной цепис требуемой частотной характеристикой. Радиолокационные системы. Учеб.142ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3.
СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВДля согласованной фильтрации гауссова радиоимпульса достаточно подобрать параметры резонансных цепей многокаскадного усилителя.СФ прямоугольного радиоимпульса наиболее просто осуществляетсяквазиоптимальным фильтром. При согласованной фильтрации сигналов происходит изменение характеристик выходных сигналов по отношению к характеристикам входных сигналов, в частности, у простых сигналов увеличивается длительность на выходе СФ.4.3.2. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ КОГЕРЕНТНЫХ ПАЧЕКРАДИОИМПУЛЬСОВКогерентные пачки импульсов представляют последовательности однотипных радиоимпульсов, жестко связанных по фазе:=x ( t ,β )M∑ x ( t ) cos ω t + φ ( t ) − β ,0k(4.23)kk =1где М – количество импульсов в пачке;φk(t) – известные законы изменения фазы;β – постоянная начальная фаза (примем β = 0).Рассмотрим пачку простых прямоугольных радиоимпульсов (рис.
4.26)и воспользуемся методом синтеза по импульсной характеристике.τиx(t)tТТРис. 4.26. Пачка простых прямоугольных радиоимпульсовПолагаем, что импульсы в пачке следуют с периодом Т. Аналогичнуюпачку представляет собой и импульсная характеристика фильтра (она зеркальна x(t) – рис. 4.27). Ее можно получить, если к выходу согласованногофильтра одиночного радиоимпульса (СФОИ) подключить линию задержки сМ отводами и сумматором (рис. 4.28). Радиолокационные системы. Учеб.143ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВτиkсогл(t)tТТРис. 4.27.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
