Radiolokacionnye_sistemy_SFU_elektronnyy _resurs (1021137), страница 49
Текст из файла (страница 49)
В этом случае kп = π = =max. Поэтому такой сигнал является наилучшим с точки зрения измерениядальности до цели. Он используется в двухчастотном доплеровском радиолокаторе.Для простого колокольного радиоимпульса СКО по времени запаздыванияστ =τиπq(6.20)и будет пропорциональна длительности импульса.Для импульса с прямоугольной огибающей воспользоваться соотношением Пэфф = kп·Пи нельзя, так как интеграл, определяющий Пэфф, расходится.
Поэтому ошибку измерения времени запаздывания вычисляют другимиметодами. Расчетная формула имеет видστ =2 τи.q2 Радиолокационные системы. Учеб.(6.21)310ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.2. ИЗМЕРИТЕЛИ ВРЕМЕНИ ЗАПАЗДЫВАНИЯ (ДАЛЬНОСТИ)Для перехода от ошибки измерения времени запаздывания к ошибкеизмерения дальности используем известное соотношение r =c tз, поэтому2cσ r = στ .2Таким образом, потенциальная точность измерения дальности определяется: отношением сигнал/шум, шириной спектра сигнала и формой егоспектра. Для повышения точности измерений необходимо добиваться высокого отношения сигнал/помеха и использовать широкополосные сигналы.6.3.
ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙ6.3.1. НЕСЛЕДЯЩИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ЧАСТОТЫ (СКОРОСТИ)Измерение радиальной скорости движения цели сводится к измерениюдоплеровской добавки частоты принимаемого сигнала:FД =2VrλиVr =λFД .2Измерение FД возможно как в РЛС с непрерывным излучением, так и вимпульсных РЛС при когерентном режиме их работы.
В последнем случаедлительность когерентной пачки импульсов соответствует времени облучения цели, т. е.τ пач = tобл .Для измерения FД может использоваться как последовательный, так ипараллельный вариант схемы измерителя (рис. 6.20). На практике в основномиспользуется параллельная схема измерителя, которая состоит из набора согласованных фильтров, настроенных на различные значения FД. Схема рассчитана на обработку одиночных протяженных сигналов длительностьюτп(tобл).
Частотные характеристики таких фильтров согласованы со спектромсигнала, а их число определяется по формуле Радиолокационные системы. Учеб.311ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.3. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙm=FД max − FД minПф.Полоса фильтра Пф выбирается из условия Пф = δFилиПф =1,τигде δF – разрешающая способность по частоте Доплера.y(t)СФ1F1ДСФ2F2ДСФmFmД...Устройство F̂ДвыборамаксимумаРис. 6.20. Структурная схема оптимального измерителя частоты ДоплераОценки FД соответствуют максимуму выходного напряжения фильтров(т. е. номеру фильтра). Как и при измерении дальности, для повышения точности оценивания используются выходные напряжения трех частотных каналов.
В этом случае в качестве оценки принимается положение максимума параболической огибающей напряжений соседних частотных каналов. С цельюупрощения реализации узкополосной фильтрации обработку сигнала производят на промежуточной частоте (рис. 6.21).Неследящий измеритель реализует одну из разновидностей анализаторов спектра. Время запаздывания сигнала полагается известным. Число импульсов опроса доплеровских фильтров обнаружителя равно числу каналовскорости m. Радиолокационные системы.
Учеб.312ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.3. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙДУПФСтроб.усил.ИНОИО1y(t)СМx ( t − tˆз , tr )УПФ...ДУПФДСтроб.усил. ...ИО2ΣСтроб.усил.ИОmПУПреобразовательвременныхинтерваловz0Решающееуст-воРис. 6.21. Структурная схема простейшего неследящего измерителя доплеровского сдвигачастоты при КФО когерентной пачки радиоимпульсовкогдаОднозначное измерение скорости цели обеспечивается в том случае,1FД max ≤ Fп =.TМинимальное число фильтров равно=mFп=М,∆f УПФгде М – количество импульсов в пачке;ΔfУПФ – полоса пропускания УПФ.Измерение частоты Доплера сводится к определению номера фильтра,в который попадает сигнал.
Определение номера фильтра проводится в цифровой форме. Преобразователь временного интервала при этом имеет вид,аналогичный преобразователю в неследящем измерителе дальности. Припревышении выходным напряжением канала скорости порогового уровня сосхемы считывания преобразователя выдаётся код номера этого канала. Далееэтот код поступает в решающее устройство (специализированную ЭВМ).При использовании последовательного обзора по частоте схема измерителя будет одноканальной, например, как показано на рис.
6.22.В отличие от многоканального измерителя последовательный обзорпредполагает наличие гетеродина, перестраиваемого в диапазоне частот±∆FД (=∆FД FД max − FД min ) относительно средней частоты fг. Радиолокационные системы. Учеб.313ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.3. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙУФ настроен на фиксированную частоту. Недостатком такого анализаявляется большое время его проведения.y(t)СМУФДУНЧИндикаторГетеродинРис .6.22.
Одноканальный измеритель частоты последовательного обзора: УФ – узкополосный фильтр; СМ – смеситель; Д – детектор; УНЧ – усилитель низкой частотыДля одновременной оценки tз, FД необходимо использовать многоканальную схему, аналогичную вышеприведенным.Таким образом, неследящие измерители радиальной скорости (частоты) могут строиться по принципу схем параллельного либо последовательного «обзора» диапазона изменения измеряемого параметра. Последовательный обзор требует бóльшего времени оценивания частоты.При оценке доплеровской частоты сигнала по пачке радиоимпульсовизмерения могут быть неоднозначными.6.3.2.
ДИСКРИМИНАТОРНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ЧАСТОТЫВ наиболее общем случае обработки сигналов со случайными параметрами оптимальный измеритель должен вычислять производную по измеряемому параметру FД от модуля или квадрата модуля корреляционного интеграла∂ z ( FД )∂FДили∂ z ( FД )∂FД2и определять экстремальное значение оценкичастоты F̂Д opt.Операция дифференцирования может быть заменена вычислением конечной разности.
Разновидности структурных схем дискриминаторных измерителей доплеровской частоты обусловлены при этом возможностью видоизменения операций вычисления корреляционного интеграла:∞1j 2π F ±∆F tz ( FД ± ∆F ) = ∫ Y (t ) x * (t )e ( д ) dt.2 −∞ Радиолокационные системы. Учеб.314ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.3. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙВ радиолокационной технике наибольшее применение для этого получил частотный дискриминатор с двумя расстроенными по частоте каналами. Алгоритм его работы при следящем измерении параметров сигнала сослучайными амплитудой и начальной фазой определяется соотношением()(2)2=U со ∫ y (t ) x t , FˆД + ∆F dt − ∫ y (t ) x t , FˆД − ∆F dt ,где ± ∆F – частотная расстройка, вводимая в каждый из каналов.В дискриминаторе используется амплитудное детектирование (рис.
6. 23).Ф1y(t)f0±FД(f пч = f пч0 ± FД − Fˆ ДСМ∧fг ± F ДФ2Д)UсоСглаж.фильтрДДискриминаторУпр.гетер.Рис. 6.23. Структурная схема следящего измерителя частотына основе частотного дискриминаторас двумя расстроенными по частоте каналамиФильтры Ф1 и Ф2 в каналах дискриминатора расстроены относительночастоты fпчо на величину ± ∆F, их импульсные характеристики согласованыс сигналом x(t, F). Обычно ∆F выбирают сравнимой с шириной спектра огибающей обрабатываемых сигналов. Сигнал ошибки на выходе дискриминатора после сглаживания управляет частотой гетеродина так, чтобы на выходесмесителя (СМ) она была равна значению номинальной промежуточной частоты fпчо. Отклонение частоты гетеродина от средней fг на величину добавки± FˆД можно измерить и выдать в качестве оценки скорости (рис. 6.24).АЧХФ1∆FUсо∆FАЧХФ2fпчоf=εˆFД − FДРис. 6.24.
Зависимость сигнала ошибки Uсо от частоты FД Радиолокационные системы. Учеб.315ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.3. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙЧастота сигнала на выходе смесителя оказывается равной()f пч = f пчо ± FД − FˆД .Возможно построение следящего измерителя частоты и с пользованиемФД (рис. 6.25).G*(f)Ф1Y(t)f0[G`(f)]*XFдF̂дF1f1- F̂дГОНФ2f2XUсоРис. 6.25. Функциональная схема частотного дискриминаторас фазовым детектированиемДискриминатор выполняет операцию ∂z ( FД ) ∗= 0.Re z ( FД ) ∂FД FД = FˆДВ схеме используется корреляционно-фильтровая обработка, т.
е.х (t ) = x1 (t ) x2 (t ),где x (t ) – ожидаемый сигнал.При этом гетеродинирование в умножителе полностью снимает фазовую модуляцию сигнала:arg=x1 φ=arg =x (t ) φ(t ).1 (t )Кроме того, схема дискриминатора построена в предположении, что=x1 (t ) 1,=x2 (t ) x(t ) , где |x(t)| – огибающая ожидаемого сигнала.В каналах дискриминатора вычисляется∞1 j 2πFДt**=z ( FД )Ytxt⋅xtedt()()()12∫2 −∞ Радиолокационные системы. Учеб.316ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.3. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙна выходе фильтра Ф1 и∂z ( Fд ) 1 ∞ j 2πFдt∗∗=Y(t)(j2πt)⋅x(t)xtedt()12∫∂zFд 2 −∞на выходе фильтра Ф2.Операция Y ( t ) X 1∗ ( t ) осуществляет перенос сигнала на промежуточнуючастоту f пр .
Соответственно первый фильтр Ф1 согласован с |x(t)|,а вто-рой фильтр Ф2 согласован с j 2πt x ( t ) , т. е. фильтры имеют различные импульсные и частотные характеристики.Частотная характеристика первого фильтра пропорциональна комплексно-сопряженной спектральной плотности G*(f) сигнала x ( t ) , а второго∗– комплексно-сопряженной спектральной плотности dG ( f ) производdf ной сигнала j 2πt x ( t ) .|G(f)||G'(f)|ffпр=f2ffˆ ≠ f прfпрРис. 6.26. АЧХ фильтров частотного дискриминатора, представленного на рис. 6.25Близкую к показанной на рис. 6.26 характеристику обеспечивает дифференцирующий контур промежуточной частоты.Таким образом, структура следящих измерителей доплеровской частоты зависит от метода вычисления оптимальной оценки в уравнении оптимальности и может включать дискриминаторы как с амплитудным, таки фазовым детектированием. Радиолокационные системы.
Учеб.317ГЛАВА 6 ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ6.3. ИЗМЕРИТЕЛИ СКОРОСТИ ЦЕЛЕЙ6.3.3. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫВ соответствии с общей методикой оценки потенциальной точностиизмерений ошибка измерения частотыσF =1q ρ (0,0)"F.Она уменьшается при увеличении отношения сигнал/шум q и остроты пикафункции рассогласования ρ(0,F), характеризуемой абсолютным значениемеё второй производной по F в точке F = 0.Величина | ρ′′(0, 0) | имеет следующую размерность: 1 Гц = c. Ейсоответствует эффективная длительность сигнала τ эфф =ρ"F (0,0) , квадраткоторой∞τ2эфф2= 4π ∫ t U (t ) dt22−∞ТогдаσF =∞∫2U (t ) dt.−∞1.qτ эффБóльшую точность измерения частоты обеспечивают сигналы бóльшейдлительности.Используя соотношение FД =мерения радиальной скорости цели2Vr, получим выражение точности изλσν =rλ.2qτ эфф(6.22)Если сигналом является прямоугольный радиоимпульс длительностью τи,=то τ эффπ τи3и σF.=πτq3иДля гауссова радиоимпульса τэфф = π τи и σ F = Радиолокационные системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
