Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 101
Текст из файла (страница 101)
В более поздних вариантах алгоритмов использована идея задания отклика устройства формирования диаграммы в определенных направлениях, что по существу эквивалентно использованию варианта метода максимального правдоподобия на основе алгоритма стохастической аппроксимации. На рис.
6.40 дан пример адаптации диаграммы при задании ее в некоторых направлениях. Из приведенной последовательности диаграмм видно, что алгоритм адаптируется к шумовому полю путем размещения нулей диаграммы в направлении на сильные мешающие помехи; при этом отклик в направлении цели имеет единичное значение. Отметим еще несколько интересных моментов, имеющих отношение к системам с адаптивными антенными решетками рассматриваемого типа. Скорость адаптации сильно зависит от некоторого параметра алгоритма стохастической аппроксимации.
Таким параметром является глубина обратной связи по сигналу ошибки. Сверху глубина обратной связи ограничена условиями устойчивости системы, но при работе в области устойчивости сильная обратная связь обеспечивает быструю адаптацию флуктуирующего характера, а слабая — адаптацию плавного характера. В результате приходится находить компромиссное решение, сопоставляя характеристики системы со стабильностью акустических свойств окружающей среды.
В большинстве известных систем на выходе каждого элемента антенной решетки используется лишь по одному отводу, хотя алгоритм позволяет работать с несколькими отводами и создавать частотную избирательность системы. Кроме того, необходимо различать системы, работающие либо в узкой, либо в основной полосах. При работе в узкой полосе выходные сигналы антенной решетки преобразуются поблочно, и на входы линий задержки с отводами поступают коэффициенты Фурье, соответствующие определенной полосе частот. При работе в основной полосе выходные сигналы антенной решетки демодулируются, и на входы линий задержки поступают квадратурные компоненты демодулировапгого сигнала 476 Обработка сигналов в гидролокаиии 477 Глава б Заданное направление наел юдения Направление на синдсоидальны помехи Т=-15 Т=Зи Г=1а Т=500 Т=З ,4 (ОО гоо ЗОО 4ОО 5ОО аОО 7ОО Юреьля Т~в периодах частоты ф б Й Ю 0,4 ~ ОЯ О О Рис.
6.40. Изменение формы диаграммы направленности при адаптации системы с обработкой сигналов антенной решетки, основанной на методе наименьших кв адр а то в (из [114] ) . Для реализации рассмотренных алгоритмов обработки сигналов адаптивной антенной решетки в основном использовались универсальные мини-ЦВМ. Со стороны алгоритмов к устройствам обработки предъявляются особенно серьезные требования в отношении универсальности, хотя и объем цифровой обработки должен быть весьма большим. Тем не менее интерес к этим алгоритмам все время растет, и, как было недавно сообщено [120], они уже нашли применение в радиолокационных системах с адаптивными антенными решетками. б.4.5. Примеры практического применения методов обработки сигналов пассивного гидролокатора Как уже упоминалось выше, пассивные гидролокационные системы, и особенно новейшие, как правило, используются в военных целях. По этой причине весьма непросто привести примеры действующих систем и данные измерений.
В данном разделебудут кратко описаны два примера обработки сигналов пассивного гидролокатора; отметим, однако, что по этим вопросам имеется обширная закрытая литература, К одной из наиболее распространенных действующих систем обработки сигналов относится коррелятор антенной решетки с йтносигпельный пелене О Гавань ОО О Правый борт ° ~.'.-, .-." т т' Ри 6 41. Запись в кооРдинатах пеленг — вРемЯ выходного сигнала знакового коррелятора (из [1211). -478 Глава б Обработка сигналов в гидролокаиии 479' многолучевой диаграммой направленности, описанный в разд.
6.4.2; блок-схема этого коррелятора приведена на рис. 6.30. Поскольку такая система осуществляет непрерывное сканирование по пеленгу, то результатом ее работы является акустическое изображение окружающей среды. Использование такого коррелятора в системе с многолучевой диаграммой иллюстрируется на рис. 6.41, где приведено полученное изображение [121].
С помощью Система отоорахсения резуль- л тапюв лрап7 ковре меного ъ усреднения ~~ ф с~ м Ъ ~ Диаграмма направ- ленности антенной решет»и Входные сигналы гидроцзонов после антивнык предусили- телей 4'ищооеои' аюр-! мирователь многолуневой диаграммы с о лентрияесним управлением готллув) М з ~ь ~ ь~ % о~ о 3~ ~ъ ~о о сз л Я~льтр для подготовки сигнала Нратковоеменое усреднение Сув с) Продолиительное усреднение (Рс) )П заранее сдюрмированнык и г м дара м йб выхооов от наполовину перекоь~вающихся диаграмм Пиеяка пеленга Иноголууевая диаграмма, споро вомдейие по пеленгу бивнна отношения сигнал/шум Рис 6.42 Блок-схема устройства обработки сигналов пассивной части гидроло- кационной системы Кау1Ьеоп-1160 (из [68]). линий положения целей, наблюдаемых на выходном изображении, можно проследить за изменением целевой обстановки.
Для получения оценок дальностей и пеленгов различных целей может быть проведен совместный анализ перемещения целей и данных навигационной системы одного из своих кораблей. Кроме того, можно наблюдать появление и исчезновение некоторых целей, а так»не ситуации, соответствующие ложной тревоге. В большинстве пассивных гидролокационных систем используется набор чувствительных элементов и устройств обработки. На рис. 6.42 изображена общая структура системы [68]. Видно, что в ней предусматриваются различные возможности для выполнения как временного, так и пространственного анализа сигналов, причем выбор способа обработки зависит от характеристик чувствительных элементов и от того, какая информация необходима операторам. Большинство отдельных узлов системы уже было рассмотрено в данной главе.
Дополнительная обработка сигналов может быть проведена с применением универсальных мини-ЦВМ, обеспечивающих управление прохождением сигналов в системе. Несомненно, что в будущем, когда некоторые из описанных в настоящей главе алгоритмов найдут применение в действующих системах, цифровая обработка сигналов получит еще более широкое распространение. б.5.
Заключительные замечания В данной главе была сделана попытка дать обзор некоторых наиболее важных вопросов, касающихся обработки сигналов гпдролокационных систем. Однако не следует забывать, что устройство обработки является лишь частью всей гидролокационной системы. Описав особенности водной среды, оказывающей решающее влияние на обработку сигналов, мы в то же время исключили из рассмотрения преобразователи, устройства отображения,. а также работу операторов, т. е. все то, что также тесно связано с вопросами обработки сигналов.
Материал главы подобран таким образом, чтобы показать основные принципы обработки акустических сигналов независимо от того, в какой форме — аналоговой или цифровой — они реализуются. Правда, цифровые методы обработки сигналов раньше уже достаточно широко использовались в гидролокационных системах, однако полный эффект от применения современной цифровой техники еще должен проявиться в будущем. Целесообразность изложения основополагающих идей и моделей основана на том, что только теперь имеется цифровая техника, возможности которой достаточны для их практического использования приобработке сигналов. По-видимому вскоре наступит момент, когда возможности обработки сигналов будут полностью отвечать большинству применений гидролокационных систем.
Тогда, объединив: их с быстро накапливаемыми сведениями по акустике водной среды, можно будет действовать значительно эффективнее в этой среде, занимающей свыше 70% земной поверхности. ЛИТЕРАТУРА 1. Рг!пс!р!еа апй Арр!!са1!опв о1 ~1пйегиа1ег 5оцпй, 5цпппагу ТесЬ. Кер1., Р1ч. 5, Ь!а11опа! Ре1епае КеаеагсЬ Соцпс!1, чо1. 7; 2. Ргеаеп1 апй Гц1цге С!ч!1 1)аеа о1 1)пдегъа1ег 5оцпб, Соппп111ее оп ШЫсг~ча1ег Те!есогппшп!салоп, Ь)а1!опа! КсасагсЬ Соцпс!1, Ь)а!!опа! Асас1егпу о1 5с!епсеа, Яапбагй Воок Ь!о. 309-01771-8, %ааЬ!пр1оп, Р. С.
3. 1.1г!ск К. 1., Рг!пс!р!еа о111пдегжа1ег 5оцпй 1ог Епя.!пеега, Мсбгаж-Н!11, Ме~ч УогК 1967. 4. 011!ссг С. В., 1п1годцс1!оп 1о 1Ьс ТЬсогу о1 5оцпд Тгапвпива!оп, МсбгаъН111, Ь)ечт Уог1с, 1958. 5. То!а1оу 1., С!ау С, 5., Осеап АсоцЖся: ТЬеогу апй Екрег!гпеп1 1п 1,'пбсг~ча1ег Боциев, Мсбгаю-Н!11, Ь!ечт УогК 1966. 6. А1Ьега Ч. О., 1)пбегжа1ег Асоца1!са НапдЬооК Реппау1чап!и 51а1е 11п!чегв1- 1у Ргеаа, 1.)п!чета!1у РагК Ра., 1960. 7.
ЧапТгееа Н. 1, Ре1ес1!оп, Еа1ппа!!оп, апб Мойц1а1!оп ТЬеогу, Раг1 1 (1969), Раг1 11 (1970), Раг1 111 (1971), 7Й!еу, Ь)счч Уог1с [Имеется перевод: Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. — М.: Сов. радио, 1972,. т. 1; 1975, т. 2; 1977, т. 3 ] 8. %окепсга11 Я., ЯасоЬа 1., Рг!пс!р1еа о1 Согппшп!са1!оп Еп~!пеег!пд., 'ч)!!еу, Ме м УогК 1965. [Имеется перевод: Возенкрафт Дж., Джекобс И Теоретические основы техники связи. — М.: Мир, 1969.] Глава б 480 Обрибочки гиевилов в еис11чолокси!ии 481 31 — 359 9.
5!со!п1!с М., 1п1годцс11оп 1о Кадаг 5уя1ешя, МсСсгам-Н111, ЬГеч Ъ'ог1с, 1962. [Имеется перевод: Сколник М. Введение в технику радиолокациоиных систем. — Мл Мир, 1965.'] 10. Не1я(гош С. %., Ыа((я(1са! ТЬеогу оГ Яапа! Ре1ес11оп, Региашоп Ргеяя, Е1шяГогд, Ь!. 'т'., 1960. [Имеется перевод: Хелстром К.
Статистическая теория обнаружения сигналов. — Мл ИЛ, 1963.] 11. В!астап К. В., Тц!сеу Г. Ж., ТЬе Меаяцгегпеп1 оГ Ром ег Брес1га Ггогп йе Ро1п! оГ Ч1еч оГ Сошшцп1са11опя Епрпеег(пи, Рочег, ЬГемс Ъ'ог!с, 1958. .12. ЗепЫпя Сс. М., Юа11я Р. б., 5рсс1га! Апа1уя1я апс1 11я Арр!1са11опя, Но1с1епРау, Ьап Ггапс1ясо, 1968. [Имеется перевод: Дженкинс Г., Ваттс Д.
Спектральный анализ и его приложения (вып. 1 и 2). — М.: Мир, 1971 — 1972.] '13. Вг(111п8ег Р. К., ТГше 5ег1ея Ра1а Апа1уядя апс1 ТЬеогу, Но11, К1пеЬаг1 апд %1пя(оп, ЬГеч Уог!с, 1975. 14. 51е1пЬег8. В. Р., Рг1пс1р!ея оГ Арег1цге апд Аггау 5уя(ешя Рея!оп, ~ЧГ!еу— 1п1егяс1епсе, ЬГеч Ъ'ог)с, 1976. 15. ЧапТгеея Н. Г... Ваааегоег А. В., Аггау Ргосеяя(п8., 1977. 16. Ног1оп С. %., 5г., Яс.па! Ргосеяя1пн оГ (Упдегм а1ег Асоця((с Юачея, !.1.
5, Ссор:егпшеп! Рг1п11пд ОГГ(се, %аяЬ(п~1оп, Р. С., 1969. '17. ГгоясЬ К. А., Бпдегм а1ег 5оцпд: Реер-Осеап Ргораиа(1оп, 5с(епсе, 146, 889 — 893 (13 Моч. 1964). 18. Егпегу К. О., Г.)сЬцр1 Е., Фея(егп Ь!огй А1!ап11с Осеан: ТороргарЬу, Кос1ся, Ягцс1цге, %а1ег, Г.ГГе апд 5едппеп1я, Ашепсап Аяяос(а(1оп оГ Ре1го1ецш Ссео1ои1я(я Мешо(г 17, 1972. 19. ЕМпи М., Погге1,1. Г, Г.опи-Кап8е 5оцпд Тгапяш1яя!оп, Гп Ргора8а11оп оГ 5оцпд Гп йе Осеап, Оео!ос.1са! 5ос!е1у оГ Ашег1са Мегпо(г 27, 1948. 20. Пг)с1с К.
Г., Г.опи-Кап8е Реер 5еа А11епца11оп Меаяцгешеп(я, У. Асоия(. 5ос. Атег., 39, 904 — 906 (1966). 21. 51е1пЬегс. д. С., С!аг1с Г. б., РеГеггаг1 Н. А., Кгопепсо1д М., т'асоцЬ К., Г1- хес1 5уя1еш 51цд1ея оГ 11пс1егм а1ег Асоця(1с Ргора8а11оп, У. Асоия1. 5ос.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
