Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Однако с появлением высокоскоростных и постоянно удешевляющихся цифровых микросхем становится вполне реальным создание устройств обработки сигналов, полностью удовлетворяющих обоим требованиям на всех этапах обработки. Таким образом, в современной радиолокационной системе аналого-цифровое преобразование выполняется между приемником и устройством обработки сигналов. 5.1.1. Краткая историческая справка Физический принцип, на котором основана работа радиолокационной системы, впервые был продемонстрирован Герцем в 80-х годах прошлого века. В своих экспериментах он показал, что электромагнитные волны отражаются от металлических предметов точно так же, как свет отражается от зеркал.
Однако, несмотря на то что первое практическое устройство, предназначенное для предотвращения столкновений судов, было продемонстрировано и запатентовано немецким инженером Кристианом Халсмейером еще в 1904 г., к созданию действующих радиолокационных установок по-настоящему приступили лишь в 30-х годах, когда для военных целей стало особенно важным обнаружение самолетов в условиях ограниченной видимости. Работы велись в Германии, Франции, Великобритании и США, причем наибольшую известность приобрели английские разработки. Цепочка расположенных вдоль английского побережья Ла-Манша радиолокационных станций обнаружения, работавших в режиме непрерывного излучения, идею которых предложил Роберт Уотсон — Уатт в 1935 г., исполь- зовалась для обеспечения обороны Британских островов во время воздушных налетов в 1940 г.'> Развернувшиеся во время войны во многих странах интенсивные исследования привели к созданию новой микроволновой техники и новых методов обработки сигналов.
В 50-х годах появились более сложные радиолокационные системы. Примером может служить система ЬАСтЕ (полуавтоматическая наземная система ПВО США), в которой впервые в качестве электронного «мозга» радиолокационной системы были использованы большие универсальные вычислительные машины, заменившие человека. Необходимость такого усложнения была обусловлена высокими тактико-техническими характеристиками самолетов и ракет, поскольку человек-оператор в отличие от заменившей его машины был пе в состоянии достаточно быстро и точно реагировать на изменяющуюся обстановку.
В 50-е годы методы обработки сигналов в радиолокационных системах были усовершенствованы. Так, фирмой Ве11 1 аЬога1ог1ез была разработана методика сжатия импульсов [22], позволившая за счет увеличения продолжительности излучаемого импульса обеспечить большую энергию сигнала, а за счет укорочения импульса после сжатия получить высокую разрешающую способность радиолокатора по дальности. Исследование функции неопределенности, проведенное Вудвордом, раскрыло сущность общей проблемы выбора радиолокационного сигнала и стимулировало большое количество работ в этой области.
В последние годы радиолокация нашла применение в многочисленных системах военного назначения, а также в таких областях, как управление полетами самолетов, морская навигация, метеослужба и служба контроля скорости движения на автострадах. 5.1.2.
Состав радиопокационной системы Во всех радиолокационных системах параметры цели (в том числе ее координаты) измеряются посредством облучения цели электромагнитной энергией и последующей обработки отраженного от цели радиосигнала. В общем случае для получения сведений об облучаемой цели необходимо, чтобы излучаемый сигнал имел «структуру», поэтому выбор вида сигнала н способа его обработки может оказаться достаточно сложной проблемой. Так, например, несложно измерить либо расстояние до цели, либо се скорость, ио одновременно измерить обе эти величины непросто. н В СССР первые успешныс опыты по радиолокационному обнаружению самолетов в режима непрерывного излучении быан проведены в 1934 г., а действующий макет импульсного радиолокатора создан в лаборатории Ю.
Б. Кобзарева в Ленинградском электрофизическом институте в 1937 г. — Прим. перев. Глава 5 Применение ЦОС в радиолокации Более того, для детального исследования формы цели может потребоваться весьма сложная обработка. В состав большой современной радиолокационной системы, представленной на рис. 5.1, входит много подсистем. К ним относятся генератор сигналов (он может быть цифровым), модулятор, в котором сигнал преобразуется в радиосигнал соответствующей частоты и усиливается, антенна для излучения высокочастотной энергии в направлении цели, антенна для приема радиосигнала, отраженного от цели, демодулятор, служащий для преобразования принятого сигнала к основной полосе'> радиолокатора, устройство обработки сигналов, предназначенное для фильтрации сигнала и выполнения над ним необходимых операций, а также большая универсальная вычислительная машина (СОД), с помощью которой координируется работа всех составных частей радиолокационной системы.
Команды, вырабатываемые в СОД, определяют выбор вида колебания, синтезируемого генератором сигналов, положения антенны радиолокатора и алгоритма, используемого при обработке сигналов. Данные с выхода устройства обработки сигналов вводятся в СОД, где над ними выполняются операции в соответствии с принятыми алгоритмами (например, калмановская фильтрация при сопровождении цели, распределение ресурсов системы илп планирование работы радиолокатора). Выполнение этой обработки в СОД особенно важно с точки зрения решения основной задачи радиолокационной системы — принятия решений относительно наблюдаемых целей. Круг всех этих вопросов достаточно широк, но ниже они рассматриваться не будут, поскольку непосредственно не связаны с устройством обработки сигналов. Существенное отношение к обработке сигналов имеет генератор сигналов, так как в нем формируются как излучаемое колебание, так и эталонные, используемые в устройстве обработки.
Ниже в данной главе будет рассмотрена структура генератора сигналов, полностью построенного на элементах цифровой техники. И в этом случае цифровая техника обеспечивает радиолокатору необходимую универсальность, так как в зависимости от условий наблюдения за целью могут потребоваться самые разнообразные сигналы 5Л.З. Операции обработки сигнапоа В общем случае можно выделить три основные операции, выполняемые при обработке сигналов в современном радиолокаторе: 1) сжатие сигнала (согласованная фильтрация); 2) уменьшение скорости поступления данных (пороговый анализ); 3) формирование метрики цели (оценка углового положения, дальности и скорости цели).
') Основная полоса размещается у нулевой частоты.— Прим. перев. Если обработка радиолокационных сигналов производится в цифровой форме, то для подключения устройства обработки обязательно должны быть использованы предварительный аналоговый фильтр и аналого-цифровой преобразователь. Блок-схема устройства цифровой обработки сигналов дана на рис. 5.1. Необходимо подчеркнуть, что в конечном счете устройство обработки обеспечивает сжатие полосы. Оно принимает данные, следующие с большой информационной скоростью (полоса радиолокационных сигналов может составлять 10 — 100 МГц), и обрабатывает их таким образом, что скорость выдачи данных в СОД оказывается сравнительно низкой.
Но эти данные весьма информативны, так. как содержат только существенные характеристики целей. 5.2. Параметры, измеряемые радиолокатором Рассмотрим более детально параметры цели, которые могут быть измерены с помощью радиолокатора. К ним относятся угловое положение цели (азимут и угол места), дальность, скорость и отражательная способность (эффективная площадь рассеяния ЭПР). Чтобы измерить любой из этих параметров, необходимо облучить цель радиосигналом с достаточной энергией, при которой интенсивность отраженного сигнала превышала бы некоторый минимальный уровень, когда еще возможно проведение обработки. Взаимосвязь между мощностями излучаемого (Рт) и принимаемого (Рн) сигналов, дальностью до цели (й), усилением антенны и уровнем потерь в тракте радиолокатора описывается основным уравнением радиолокации, которое имеет много различных форм„ но чаще всего записывается следующим образом: Рр= КРг /)4 где коэффициент пропорциональности К учитывает усиление обеих антенн, ЭПР цели и т.
п. Мощность принимаемого сигнала обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до цели, поэтому, чтобы удвоить дальность действия радиолокатора, необходимо увеличить излучаемую мощность в 16 раз. Именно эта сильная зависимость излучаемой мощности от дальности заставила обратиться к разработке методики сжатия импульсов с применением согласованной фильтрации. 5.2Л. Угпоаое положение Самый простой способ нахождения углового положения связан с применением антенны с очень узкой диаграммой направленности (ДН).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
