Radiolokacionnye_sistemy_SFU_elektronnyy _resurs (1021137), страница 43

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 43)

ЖЕЛАЕМАЯ ФУНКЦИЯ РАССОГЛАСОВАНИЯ. ВРЕМЯЧАСТОТНАЯФУНКЦИЯ РАССОГЛАСОВАНИЯ СИГНАЛОВ С ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙПусть необходимо иметь сигнал, позволяющий реализовать в РЛС высокие разрешающие способности одновременно по дальности и реальной скорости. Примерный вид функции рассогласования приведен на рис. 5.22.ρ (τ,F)1,0Fρост2τи2ПτРис. 5.22. Идеальная функция неопределенностиИз этого следует, что идеальное тело неопределенности имеет вид перевернутой кнопки, в центре которой (τ = 0, F = 0) расположен узкий пик,что обеспечивает хорошее разрешение по времени и частоте.

Остальное телонеопределенности в виде остатка АКФ с уровнем ρост равномерно распределим по площади основания 2τи·2П (полагаем гипотетически, что сигналимеет конечную длительность τи и ширину спектра П). Для тела неопреде Радиолокационные системы. Учеб.266ГЛАВА 5 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ РАЗРЕШЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ5.3. АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ2ленности толщина слоя остатков составит ρ ости может быть найдена из условияVρ2 = Vпик + Vост = 1 ,(5.20)Объем пика Vпик оценим объемом параллелепипеда высотой, равной 1,и площадью основания пика, определяемой мерами разрешающей способности по τ и F, т. е.1Vпик =1 ⋅ δ τ ⋅ δF =.П ⋅ τи(5.21)2Vост = ρ ост⋅ 2τ и ⋅ 2П.(5.22)СоответственноПо условию задачи требуется обеспечить Vпик << 1.

Этому соответствует случайτи·П = n >> 1.(5.23)Сигналы, для которых выполняется это условие, называют широкополосными, а АКФ, подобную рассмотренной, называют игольчатой, или кнопочной.Таким образом, сигнал, обладающий одновременно высокими разрешающими способностями по времени запаздывания и частоте, долженбыть широкополосным.Уровень остатков найдем из (5.22) с учетом (5.23), полагая Vпик = 0:2Vρ2 ≈ Vост = ρ ост⋅ 2τ и ⋅ 2П = 1или=ρ ост11=.2 τи П 2 nНаличие остатков (боковых лепестков) затрудняет выделение слабыхсигналов на фоне сильных. Для улучшения наблюдения слабых сигналов необходимо увеличить базу сигналов n = τиП.В наибольшей степени удовлетворяют требованиям кнопочной АКФФМ-сигналы. Радиолокационные системы.

Учеб.267ГЛАВА 5 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ РАЗРЕШЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ5.3. АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВВремячастотная функция рассогласования сигналов с фазовой манипуляцией.В радиолокации находят применение импульсные и непрерывные фазоманипулированные радиосигналы.

Рассмотрим вначале радиоимпульсы свнутриимпульсной фазовой манипуляцией 0,π фазы. Радиоимпульс длительностью τи состоит из n примыкающих парциальных радиоимпульсов длительностью τ0 =τи. Комплексная амплитуда ФМ-сигнала с манипуляцией 0,nπ действительна. Запишем комплексную амплитуду первого парциальногоимпульса в виде1, 0 ≤ t < τ 0 ,U=tU=t()()000, t < 0, t ≥ τ 0 .Тогда комплексная амплитуда ФМ-сигнала будет иметь видU ( t )=n −1∑ q U ( t − iτ ),i =0i0(5.24)0где последовательность qi в виде ± 1 описывает код сигнала.Например, для радиоимпульса, манипулированного семиэлементнымкодом Баркера, такая последовательность имеет вид 111 –1–1 1–1. Соответственно его комплексная амплитуда будет изображена в виде рис.

5.23.U ( t )10–11 2 3 4 5 67tτиРис. 5.23. Условное изображение комплексной амплитудысемиэлементного кода БаркераПодставив выражение (5.24) в соотношение для АКФ, найдем∞1 n−1=qi ql ∫ U 0 ( S − iτ 0 )U 0 ( S − lτ 0 − τ ) e j 2πFS dS .ρ ( τ, F )∑2Э =i 0,=l 0−∞Вычисление АКФ на практике целесообразно производить на ЭВМ.Ширина спектра ФМ-сигнала определяется длительностью парциального импульса Радиолокационные системы. Учеб.268ГЛАВА 5 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ РАЗРЕШЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ5.3. АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВП≅1.τ0АЧС ФМ-сигнала показана на рис.

5.24.Gи ( f )П≈1τ0fРис. 5.24. Спектр ФМ-сигналаτи= n и ФМ-сигнал будет широкополосным приτ0достаточно большом числе парциальных импульсов.Если n >> 1, а кодообразующая последовательность достаточно «хаотичная», то сигнал называют шумоподобным и он имеет кнопочную АКФ.Главный пик АКФ находится в начале координат, а его размеры по осям τ, Fопределяют меры разрешающей способности по времени запаздывания:Следовательно, τи П=δτ=1= τ0Пи частоте:δF =1(на уровне ρ(0, F) = 0,64).τиУровень остатков за пределами главного пикаρост =1.nПри сравнительно малом n меньший уровень остатков в сечении АКФплоскостью F = 0 обеспечивают коды Баркера:1ρ ост = .nСечения АКФ для ФМ-сигнала семиэлементным кодом Баркера сигнала показаны на рис. 5.25. Радиолокационные системы.

Учеб.269ГЛАВА 5 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ РАЗРЕШЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ5.3. АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВρ(τ,0)1.01/2n=71/7τ1/τи1/τи0,61.0 ρ(0,F)1/τиτ0FРис. 5.25. Сечения АКФ для ФМ-сигнала семиэлементного кода БаркераВведение внутриимпульсной ФМ позволяет расширить спектр сигнала1nП== и, как следствие, уменьшить меру разрешающей способностиττ0и по времени запаздывания в n раз по сравнению с использованием узкополос-ного радиоимпульса  П =1τи той же длительности. При этом, посколькудлительность дискреты ФМ-радиоимпульса и длительность ФМрадиоимпульса можно задавать независимо друг от друга, то применениеФМ-сигналов позволяет обеспечивать одновременно высокие разрешающиеспособности РЛС по дальности и скорости.Рассмотрим непрерывные когерентные ФМ-сигналы, манипулированные по фазе 0,π M-кодами (рис.

5.26).Для их построения используется рекуррентная операция получения кода очередного парциального импульса в виде 0 или 1 с использованием умножения предыдущих значений кода на постоянные коэффициенты, равные 0или 1, и их последующего сложения по модулю 2. Используемые операцииимеют следующий вид:1 + 1 = 0; 0 + 0 = 0; 0 + 1 = 1; 1 x 1 = 1; 0 x 1 = 0; 0 x 0 = 0.Правило составления рекуррентной последовательности записываетсяследующим образом:qj = k1xqj–1 + k2xqj–2 + ...

+ kmxqj–m,(5.25)где qj – кодообразующая последовательности;k1,...,km – постоянные коэффициенты. Радиолокационные системы. Учеб.270ГЛАВА 5 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ РАЗРЕШЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ5.3. АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВМаксимальная длительность получаемой при этом последовательностисодержит n = 2m–1 элементов, после чего повторяется. Она состоит из стянутыхв δ-функцию по оси F (в силу теоретически неограниченной длительности сигнала) и протяженных по оси τ взаимно параллельных плоских элементов. Остатки на оси τ соответствуют уровню 1/n, на остальной части тела неопределенности их уровень при n >> 1 около 1n.ρ(τ,F)n + 1 sin ( πk / n )πk / nn2FKnτ01/n–nτ0–τ0τ0nτ0τ–1/nτ0Рис. 5.26. Структура АКФ, фазоманипулированного M-кодом непрерывного сигналаДлительности пиков по оси τ (при F = 0) на уровне ρ (τ,0) = 1/2 равныдлительности дискреты, т.

е. δτ = τ0. Уровень остатков вдоль оси τ можетбыть снижен до 0 за счет манипуляции фазы непрерывного когерентногосигнала не на 0, π, а на 0, φ, причем φ= π − arccosn −1.n +1Такое снижение уровня остатков обеспечивает разрешение объектов,перемещающихся с одинаковой радиальной скоростью. Рассмотрим примертакой обработки, когда период повторения последовательности n = 7 (т.

е. m= 3).Расположение фазовращателей и создаваемые ими сдвиги фаз соответствуют выражению комплексной амплитуды импульсной характеристикифильтра.Возможность взаимной компенсации напряжений, снимаемых с отводов линии задержки в интервале между пиками, поясняется векторной диаграммой, приведенной на рис. 5.27.Из общего числа n = 7 три парциальных радиоимпульса имеют нулевую фазу, а остальные четыре – ненулевую: два – фазу «+» φ, два – фазу «–»φ. Радиолокационные системы. Учеб.271ГЛАВА 5 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ РАЗРЕШЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ5.3.

АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ3℮j0–φ+φπ–φ2℮jφπ+φ2℮–jφ–4cos(π–φ) = –3Рис. 5.27. Векторная диаграмма, поясняющая возможность взаимной компенсации напряжений, снимаемых с отводов линии задержкиНулевой уровень остатков получается, еслиn − 1 j 0 n + 1 jφe +e + e − jφ ) =0.(24Это приводит к выражениюn −1n +1( cos0 + jsin0 ) +( cosφ + jsinφ + cosφ − jsinφ ) =24n −1 n +1n −1=+cosφ =0 или φ =π − arccos.22n +1Например, для n = 7 φ ≈ 139о.Таким образом, введение внутриимпульсной модуляции позволяет расширить спектр сигнала и обеспечить одновременно высокие разрешающиеспособности РЛС по дальности и скорости. Шумоподобный ФМ- сигналимеет «кнопочную» АКФ с уровнем боковых лепестков (остатков):ρост =1.n Радиолокационные системы.

Учеб.(5.26)272ГЛАВА 5 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ РАЗРЕШЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ5.3. АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ КОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВКонтрольные вопросы и задачи к практическим занятиям1. Какими параметрами сигнала определяется разрешающая способностьРЛС по дальности и скорости?2. Записать выражение для потенциальной разрешающей способностиРЛС по дальности при использовании одиночного ЛЧМ-сигнала прямоугольной формы.3. В чем отличие разрешения по частоте Доплера простых радиоимпульсов от разрешения по частоте сигналов с ЛЧМ?4.

Как изменится диаграмма направленности ЛЧМ-сигнала при увеличении ∆f в 2 раза?5. Почему для ЛЧМ сигналов одновременно допустимы высокие разрешающие способности по tз и F?6. Каким сигналам свойственны скоростные ошибки измерения дальности?7. Какие технические решения используются в РЛС с ЛЧМ-сигналом дляустранения неопределенности «дальность – скорость»?8.

Какие требования предъявляются к сигналам, которые должны обеспечить высокое разрешение по tз и F?9. Что дает фазовая манипуляция сигнала?10. Какая примечательная особенность у ФМ-сигналов кодов Баркера?Задача 1. РЛС излучает ЛЧМ-радиоимпульсы с девиацией частоты ∆f =10 МГц. Определить разрешающую способность РЛС по дальности и радиальной скорости, если длина волны λ = 2 см, коэффициент широкополосности n = 100. Изобразить диаграмму неопределенности сигнала.Задача 2.

РЛС излучает одиночные ЛЧМ-радиоимпульсы длительностью 100 мкс и девиацией частоты ∆f = 3 МГц. Определить разреша-ющуюспособность РЛС по дальности и коэффициент сжатия сигнала.Задача 3. РЛС излучает одиночные ЛЧМ-радиоимпульсы, обеспечивающие разрешающую способность по дальности 30 м, а по скорости – 500 м/с. Определить параметры сигнала, в т. ч. базу сигнала и скоростную ошибку повремени запаздывания, если радиальная скорость цели 1 000 м/с, а длинаволны λ = 10 см.Задача 4.

Характеристики

Список файлов книги