Radiolokacionnye_sistemy_SFU_elektronnyy _resurs (1021137), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Импульсная характеристика фильтраW0(t)х(t)( М − 1) Т=τзСФОИТ......СумматорW(t)Рис. 4.28. Согласованный фильтр для прямоугольной пачкирадиоимпульсовПри подаче сигнала x(t) на СФ на выходе получают ромбическую пачкуромбических радиоимпульсов. Результат фильтрации прямоугольной пачкииз M = 3 радиоимпульсам представлен на рис. 4.29. При воздействии на входСФ ожидаемого сигнала каждый из прямоугольных импульсов в отдельностисогласованно обрабатывается в СФОИ. Линия задержки с отводами выполняет роль когерентного накопителя отдельных импульсов пачки. Импульсысигнала накапливаются в фазе, а практически некоррелированные компоненты шума суммируются по мощности (дисперсии).
Поэтому напряжение сигнала на выходе схемы возрастает в М раз, его мощность в М 2 раз, а мощностьпомехи только в М раз. Отношение сигнал/шум по мощности увеличится в Мраз и составит:q2 =2M Эи,N0(4.24)где Эи – энергия одиночного импульса. Радиолокационные системы. Учеб.144ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3.
СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВx(t)0tW1(t)0tW1(t–T)0W1(t–2T)0ttW1(t)0tРис. 4.29. Результат фильтрации прямоугольной пачки из M = 3 радиоимпульсамАналогичный вывод можно сделать с позиции наложения не временных элементов сигнала (импульсов), а частотных (его гармонических составляющих). Для этого рассмотрим АЧХ СФ.
Его частотная характеристикаkсогл(f) = kСФОИ(f).kн(f), где kСФОИ(f) = cq*(f).e-j2πft0 – частотная характеристикаСФОИ, а kн(f) – частотная характеристика накопителя.Для прямоугольных радиоимпульсов нормированный АЧСq( f ) =имеет видsinπ ( f − f 0 )τ иπ ( f − f 0 )τ иsin x.xДля расчета kн(f) воспользуемся общим определением частотной характеристики k ( f ) =W (t )x (t )при x ( t ) = e j 2πft .Выходной сигнал накопителя W(t) представляет собой сумму гармонических составляющих, сдвинутых друг относительно друга на период Т, т.
е.W ( t=) e j 2πft + ej 2πf ( t −T )(+ ... + e= e j 2πft 1 + e − j 2πfT + ... + e Радиолокационные системы. Учеб.j 2πf t −( M −1)T j 2πft ( M −1)T=).(4.25)145ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВСомножитель в скобках представляет собой сумму членов геометриче− j 2 πfT:ской прогрессии со знаменателем q = e1 − qMSM =.1− qПри этом получим W (t ) = ej 2πft1 − e − j 2πfMTТогда kн ( f ) =.1 − e − j 2πfT1 − e− j 2πfMT.1 − e j 2πfTСоответственно АЧХ накопителя равна kн ( f)=sin ( πfMT )sin ( πfT ). Пере-множая АЧХ накопителя и СФОИ, можно найти АЧХ СФ, представленнуюна рис. 4.30.
Анализ рисунка показывает, что АЧХ СФ имеет гребенчатуюструктуру и соответствует АЧС рассматриваемого сигнала. В полосе частот импульсов Пи=1/τи она содержит ряд гребней на частотах f0±k/T шириной1/МТ. Гребенчатую частотную характеристику даёт накопитель kн(f). Такаяструктура фильтра позволяет подавить шум вне спектра сигнала и лучшие выделить сам сигнал. Поскольку kСФОИ(f)·kн(f) = kн(f)·kСФОИ(f), то элементы СФ(СФОИ и накопитель) можно менять местами.|Ксогл(f)|1/MТf0–1/τиf0–1/Тf0f0+1/Тf0+1/τиfРис. 4.30.
АЧХ согласованного фильтрапрямоугольной пачки радиоимпульсовЕсли когерентная пачка радиоимпульсов промодулирована гауссовойили другой огибающей, то структурная схема ее СФ отличается от структурной схемы СФ прямоугольной пачки наличием на каждом выходе линии задержки определенного весового элемента (рис.
4.31). Радиолокационные системы. Учеб.146ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВСФОИγмЛЗγ1γм–1. . . . .W(t)Σx(t)0kсогл(t)t0tРис. 4.31.Структурная схема СФ прямоугольной пачки с весовым суммированиемТехническая реализация высокочастотных линий задержки на время,равное длительности пачки, затруднена. Необходимо обеспечить синфазноесложение колебаний.
Основная трудность заключается в обеспечении стабильности задержки Δτз<<Т0 = 1/f0, полосы ΔF = 2/τи и времени задержки τз= (М – 1)Т. Например, если Т = 1 мс, М = 20 и τи = 1 мкс, то τз = 0,019 с,f0 = 20 МГц Δτзчисло отводов – 18, полоса 2 МГц, а нестабильность при≤ 5 нс. Поэтому на практике в качестве накопителя применяют рециркуляторы с положительной обратной связью, содержащей линию задержки с τз = Ти передаточное звено с коэффициентом передачи γ (рис.
4.32).Х(t)W(t)Σγτз = ТРис. 4.32. Структурная схема рециркулятораДля исключения самовозбуждения схемы коэффициент усилениявцепи обратной связи γ выбирается меньше 1.Таким образом, СФ когерентных пачек радиоимпульсов, как и СФ одиночных радиоимпульсов, могут быть синтезированы по импульсной или частотной характеристикам. Особенностью СФ пачек радиоимпульсов являетсяналичие в их составе когерентного накопления импульсов пачки.Особенности оптимальной обработки когерентных сигналов большой длительности.Сигналы большой длительности, в т. ч.
непрерывные и квазинепрерывные когерентные сигналы, используются для повышения дальности обнаружения (за счет увеличения средней мощности) и точности измерения координат малоразмерных целей. Когерентные сигналы большой длительности Радиолокационные системы. Учеб.147ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВсущественно деформируются при отражении от движущейся цели. Например, если путь Vrτи, проходимый целью в радиальном к РЛС направлении завремя τи, превышает λ/4, то расстояния, пройденные началом и концом сигнала до цели и обратно, отличаются более чем на λ/2. Между этими колебаниями появляется дополнительный сдвиг фаз более 180о, который необходимо учитывать при обработке.Общей особенностью оптимальной обработки когерентных сигналовбольшой длительности является необходимость учета радиальной скоростидвижения цели.В фильтровых схемах обработки многоканальность по времени запаздывания отпадает, остаётся многоканальность только по доплеровской частоте.
Причем влияние изменения длительности огибающей сигнала Δτи =2Vrτи/c при его трансформации движущейся целью можно не учитывать, таккак величина Δτи<<1/Пи – элемента разрешения по времени. Учету подлежатлишь фазовые изменения.Один из вариантов обработки состоит в использовании раздельных СФпри обнаружении сигналов с различающимися доплеровскими частотами(рис. 4.33).В случае, когда СФ строится как линия задержки с отводами, то, подсоединяя отводы к нескольким сумматорам через различные фазовращателиили нониусные линии задержки, можно получить систему, име-ющую ряддоплеровских выходов (рис.
4.34).FД1СФ1FД2СФ2......FДnСФnРис. 4.33. Фильтровая схема обработки сигналов большой длительности Радиолокационные системы. Учеб.148ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3. СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВy(t)Нониусныелинии задержкиЛиния задержки.....................Vr < 0 к сумматорамVr = 0Vr > 0Рис. 4.34. Схема оптимальной обработки семиэлементного ФМ-сигналана линиях задержкиВ качестве примера взята схема для оптимальной обработки семиэлементного ФМ-сигнала (фазоманипулированного сигнала).Каждый доплеровский выход может быть использован для наблюденияза группой целей, движущихся с одинаковой радиальной скоростью. Схематически показан съём на различные сумматоры, учитывающие различнуюстепень деформации – растяжения (Vr > 0) или сжатия (Vr < 0) импульса приотражении от цели.Для распространенных длительностей пачек нониусные линии заменяются фазовращателями.
Конструкция фильтра позволяет учесть не толькодеформацию фазовой структуры, но и деформацию огибающей принимаемыхколебаний.Таким образом, главной особенностью оптимальной обработки когерентных сигналов большой длительности является необходимость учетаизменения фазовой структуры сигнала за счет эффекта Доплера.Контрольные вопросы и задачи к практическим занятиям1. Дать определение согласованного фильтра.2.
Что такое импульсная характеристика?3. Что такое частотная характеристика?4. Какие основные элементы оптимальной обработки входят в СФ длякогерентной пачки радиоимпульсов?5. Каким образом при обработке когерентной пачки радиоимпульсовучитывается изменение фазовой структуры сигнала (частоты Доплера) приотражении его от движущейся цели?6. Для чего применяется весовая обработка пачки радиоимпульсов?Задача 1. Какова импульсная характеристика СФ для сигнала имеющего вид: Радиолокационные системы. Учеб.149ГЛАВА 4 МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ4.3.
СОГЛАСОВАННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВt0 = τсигн = 4τx(t)21–1–2С=1τ2τ 3τ 4τtЗадача 2. Какова АЧХ фильтра, согласованного с сигналом, АЧС которого имеет следующий вид:|q(f)|Af12f1fЗадача 3. В РЛС используется одиночный прямоугольный радиоимпульс без внутриимпульсной модуляции фазы с τи = 1,0 мкс. Синтезироватьсхему СФ, изобразить АЧХ и пояснить процесс фильтрации сигналавфильтре.
Определить ширину полосы пропускания СФ, отношение сигнал/шум и длительность сигнала на его выходе, если спектральная плотностьмощности шума устройства обработки N0 = 10-20 Вт/Гц, мощность импульса2,5·10-14 Вт.Задача 4. В качестве СФ в задаче 3 используется квазиоптимальныйфильтр. Оценить полосу пропускания фильтра и отношение сигнал/шум наего выходе.Задача 5. В РЛС осуществляется обработка отраженного от цели сигнала в виде прямоугольной когерентной пачки радиоимпульсов с параметрами: τи = 1 мкс, Тп = 1 мс, М = 3, fпр = 10 МГц, FД = 30,25 КГц. Изобразить импульсную характеристику и АЧХ СФ, построить схему СФ, если t0 = 2T +τи. Пояснить графически процесс формирования выходного напряжения.Задача 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
