Vvedenie_v_radiolokatsiyu_MGTU (1021139), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Необходимо лишь выполнить перенос в областьнесущей частоты амплитудно-частотного спектра пачки радиоимпульсов (рис. 8.9, б). Техническая реализация радиочастотногонакопителя гораздо сложнее, чем видеочастотного.Штриховой линией на рис. 8.9, а показано положение огибающей спектра одиночного прямоугольного видеоимпульса, а нарис. 8.9, б — огибающей спектра одиночного прямоугольногорадиоимпульса.Из изложенного выше следует, что СФ для пачки импульсовявляется гребенчатым фильтром (ГФ). Поскольку полосы прозрачности расположены на частотах, кратных частоте повторения Fп, тотакой фильтр можно назвать полосовым гребенчатым фильтром(ПГФ).
При низкой «скважности», когда общая ширина полосыСФ, определяемая шириной спектра одиночных импульсов 1/ τ и ,составляет небольшое число Fп, ПГФ можно выполнить как наборнебольшого количества узкополосных фильтров.В гребенчатом фильтре наглядно представлен механизм оптимальной фильтрации. Дело в том, что полосы прозрачности главных136зубцов ГФ пропускают основную часть энергии спектра импульсов пачки. Что же касается помехи с равномерным спектром, то еемощность, определяемая результирующей полосой пропускания,значительно снижается.Оптимальный приемник для обнаружения когерентной пачкиимпульсов с известной начальной фазой на фоне белого шума сводится к СФ на частоте принимаемых колебаний, т.
е. к радиочастотному фильтру, согласованному с пачкой радиоимпульсов. Такой СФ состоит из фильтра, согласованного с одиночнымирадиоимпульсами, и радиочастотного накопителя. Однако изготовить этот накопитель чрезвычайно сложно. Поэтому после радиочастотного СФ для одиночных импульсов следует использоватьустройство, выделяющее видеоимпульсы без потерь данных обамплитуде и фазе и, следовательно, без ухудшения соотношениясигнал–шум. Таким устройством является синхронный (фазовый)детектор, у которого в качестве опорного напряжения используются колебания с известной фазой cos(2πf 0 t + φ0 ) . При синхронномдетектировании происходит линейная операция перемноженияопорного и сигнального напряжений с последующим усреднением(интегрированием). Итак, выходной сигнал максимален при нулевом фазовом сдвиге и равен нулю при фазовом сдвиге π / 2.
Приэтом внефазная составляющая шума подавляется. Фактическисинхронный прием является разновидностью корреляционного. Засинхронным фазовым детектором следует видеочастотный накопитель, а затем — пороговое устройство (рис. 8.10, а).Однако начальная фаза радиолокационного сигнала наблюдателю неизвестна, т.
е. разность фаз сигнала и опорного напряженияявляется случайной. А при сдвиге фаз, равном π / 2 , сигнал навыходе может пропадать. Иначе говоря, при неизвестной начальной фазе построить оптимальный приемник в соответствии со схемой на рис. 8.10, а невозможно. Однако, используя основную идеюэтой схемы, можно построить оптимальный приемник. Для этогоследует применить два квадратурных канала, в которых опорныенапряжения синхронных (фазовых) детекторов пропорциональныcos 2πf 0t и sin 2πf 0t , т. е. сдвинуты по фазе на π / 2 (рис.
8.10, б).В каждом из каналов имеется накопитель (устройство межпериодной обработки) и квадратор (устройство возведения величины137напряжения сигнала в квадрат). После суммирования и извлеченияквадратного корня сигнал подается на пороговое устройство.Наличие двух каналов позволяет при любом начальном сдвиге фазсигнала разложить его на синусную и косинусную составляющие, азатем восстановить начальный сигнал, но в видеочастотном тракте.Если фаза такова, что на выходе косинусного канала сигнал равеннулю, то на выходе синусного сигнала он будет максимальным инаоборот.
Поскольку на выходе каналов образуются сигналыy1 = Y cos φ и y2 = Y cos(φ − π / 2) = Y sin φ, то сигнал Y = y12 + y22не зависит от фазы принимаемого сигнала (подобно взаимнокорреляционному приемнику).Рис. 8.10. Структурные схемы обнаружителей когерентной пачки импульсов:а — с синхронным (фазовым) детектором; б — с дополнительными квадратурными каналами138Определенное соотношение между составляющими сигналасохраняется вследствие когерентности от импульса к импульсу,что и обеспечивает эффективность накопления в видеочастотномтракте.
Вместе с тем, в отличие от схемы, где действует лишь фазовая составляющая шума (см. рис. 8.10, а), в схеме с двумя квадратурными каналами (см. рис. 8.10, б) на выходе суммируются мощности фазной и внефазной составляющих шума, так что мощностьшума удваивается, что равносильно «ухудшению» соотношениясигнал–шум в 2 раза, т.
е. на 3 дБ.Обнаружение некогерентной пачки импульсовРассмотрим случай обнаружения некогерентной пачки радиоимпульсов, когда амплитуды радиоимпульсов известны, а ихначальные фазы представляют собой независимые случайные величины с равномерным законом распределения в интервале 0...2π.Для решения этой задачи необходимо вычислить отношение правдоподобия, которое с учетом статистической независимостиначальных фаз радиоимпульсов можно записать в видеNN⎛ E ⎞ ⎛ 2Yl ( y ) = ∏ li ( y ) = ∏ exp ⎜ − i ⎟ I 0 ⎜ ii =1i =1⎝ N0 ⎠ ⎝ N0⎞⎟,⎠⎛ E ⎞ ⎛ 2Y ⎞где li ( y) = exp ⎜ − i ⎟ I 0 ⎜ i ⎟ — отношение правдоподобия для i-го⎝ N 0 ⎠ ⎝ N0 ⎠радиоимпульса; N — число импульсов в пачке; Ei — энергия i-горадиоимпульса; Yi — огибающая i-го радиоимпульса на выходе⎛ 2Y ⎞фильтра, согласованного с одиночным радиоимпульсом; I 0 ⎜ i ⎟ =⎝ N0 ⎠=2π1⎛ 2Yi⎞∫ 2π exp ⎜⎝ N0 cos(Θ + φ) ⎟⎠ dφ— модифицированная функция Бес-0селя нулевого порядка с аргументом 2Yi N 0 .Прологарифмировав последнее выражение, перенесем постоянные величины в правую часть.
Получим алгоритм работы оптимального обнаружителя некогерентной пачки радиоимпульсов в виде139N⎛ 2Y ⎞∑ ln I0 ⎜ N i ⎟ > С.i =1⎝0⎠(8.5)Если неравенство (8.5) выполняется, то принимается решениеА1 о наличии полезного сигнала, в противном случае принимаетсярешение А0 об отсутствии полезного сигнала.Структурная схема оптимального обнаружителя некогерентнойпачки радиоимпульсов, построенная в соответствии с алгоритмомпо формуле (8.5), представлена на рис. 8.11.Рис. 8.11. Структурная схема оптимального обнаружителя некогерентнойпачки радиоимпульсовТакой обнаружитель состоит из радиочастотного фильтра, согласованного с одиночным радиоимпульсом, детектора огибающей пачки радиоимпульсов, синхронного накопителя и пороговогоустройства, вырабатывающего решение о наличии или об отсутствии полезного сигнала.Вместо радиочастотного СФ одиночного радиоимпульса частоиспользуют квазиоптимальный фильтр, полоса пропускания которого выбирается из условия получения максимально возможногозначения отношения сигнал–шум на выходе.
В частности, припрямоугольной частотной характеристике фильтра полоса пропускания определяется формулой В.И. Сифорова:Δ f опт ≈1,37.τиЧто касается «межпериодной» обработки, то ее можно выполнить лишь с помощью видеочастотного накопителя, помещенного140после детектора огибающей (ДО). Такой накопитель именуетсянекогерентным.Характеристика ДО должна описываться функцией f ( x) == ln I 0 ( x ) . А поскольку1ln I 0 ( x) ≈ x 2 (при x 1);4ln I 0 ( x) ≈ x(при x 1),то характеристика ДО при малых значениях отношения сигнал–шум является квадратичной, а при больших значениях отношениях — линейной.Видеочастотный накопитель может быть выполнен в виде многоотводной линии задержки с суммирующим устройством(см.
рис. 8.1). Однако ввиду сложности его технического исполнения при обработке пачек импульсов большой длительности напрактике для обеспечения синхронного накопления импульсовобычно используют рециркулятор (рис. 8.12).Рис. 8.12. Структурная схема рециркулятораОн представляет собой устройство с положительной обратнойсвязью и состоит из линии задержки на время, равное периоду повторения импульсов пачки, и усилителя K ус в цепи обратной связи.Коэффициент передачи цепи обратной связи для исключения самовозбуждения рециркулятора должен быть меньше единицы.Обычно K усβ ≈ 0,8...0,95, где β — коэффициент затухания в линии задержки.В общем случае некогерентное накопление менее эффективно,чем когерентное. Однако при наличии сильных сигналов на входе141приемного устройства (при малом числе накапливаемых импульсов, когда в ДО происходит линейное детектирование) оно сопоставимо с когерентным накоплением.При слабых сигналах (большом числе накапливаемых импульсов, когда в ДО имеет место квадратичное детектирование) онотакже заметно повышает чувствительность приемного устройстваРЛС.
На рис. 8.13 представлена зависимость потерь αн.к при некогерентном накоплении по отношению к когерентному накоплениюот числа импульсов N в пачке.Рис. 8.13. Зависимость потерь αн.к энергиисигнала РЛС некогерентного накопления поотношению к когерентному от числа импульсов N в пачкеПредположим, что идет процесс обнаружения сигнала с полностью известными параметрами. Тогда для обеспечения вероятностных характеристик обнаружения Wп.о = 0,8 и Wл.т = 10−10 требуемоезначение отношения сигнал–шум по напряжению на выходе приемного устройства должно быть 2 Ec N 0 = 7 (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
