Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 69
Текст из файла (страница 69)
5.31. Сечение идеальиой функции неопределенности ЛЧМ-сигиала вдоль временной оси (показаиа центральная четверть сечеиия). База сигнала ТЖ-2048, в согласованном фильтре используется взвешивание по Хеммингу, отиосительиое смещение между отсчетами сигнала и фильтра р=0,5.
стью систем обработки. Данные на рис. 5.33, а и б соответствуют двум длинам слов, используемых в АУ схемы БПФ. Сечения функ- Рис. 5.32. Отклик идеального согласованного ЛЧМ-фильтра со взвешиваиием по Хеммингу и 8-разрядиым АЦП на входе. ции неопределенности на рис. 5.33,а и б соответствуют 11-разрядной и 9-разрядной мантиссе.
Очевидно, что в последнем случае наблюдается больше ложных откликов. Из сопоставления сечений, изображенных на рис. 5.32 и 5.33, а, следует, что при использова- -аа 323 Применение ЦОС в радиолокации Глава 5 322 5.6.8. Обнаружительо 21а Рис. 5.33. Отклик согласованного ЛЧМ-фильтра со взвешиванием по Хеммиигу, 8-разрядным АЦП иа входе и конечной разрядностью слов. а — П-разрядные мантнссы; б — 9-разрядные мантиссы.
Рис. 5.34. Отклик согласованного ЛЧМ-фильтра со взвешиванием по Хеммингу. 8-разрядным АЦП на входе и конечной разрядностью слов. Отношение сиг,- нал/шум на входе равно — 16,29 дб. а — Ы-разрядные мантнссы; б — 9-разрядные мантиссы. иии 11-разрядной мантиссы система оказы~~е~ся ~оч~~ идеальной, .а искажения отклика в основном обусловлены 8-разрядным АЦП. Однако в сечении функции неопределенности системы с 9-разрядной мантиссой (см.
рис. 5.33, б) появляется много ложных откликов, превышающих уровень — бО дБ, которые являются результатом уменьшения разрядности мантиссы с 11 до 9 бит. В приведенных выше 'примерах предполагалось, что входной сигнал занимает весь диапазон преобразования 8-разрядного АЦП, поэтому отношение сигнал/шум на входе получается большим. Однако на практике значительно чаще оно составляет — 16,29 дБ, а при этом расчетное отношение сигнал/шум на выходе идеального согласованного фильтра со взвешиванием по Хеммингу оказывается равным 15,48 дБ.
Соответствующие сечения функции неопределенности для 11- и 9-разрядной мантисс представлены на рис. 5.34,а и б. Считается, что дисперсия входного шума и' такова, что о/д=1, где д — шаг квантования АЦП. Основания для выбора именно такого отношения и/д рассматриваются в разд. 5.8. Отметим, что, если даже амплитуда входного сигнала намного меньше шага квантования АЦП, после сжатия импульса можно наблюдать главный максимум на уровне О дБ и два других отсчета на главном лепестке, которые будут выше уровня шумов па рис.
5.34,а и б. Во всех радиолокационных системах данные с выхода согласованного фильтра поступают в обнаружитель, предназначенный для уменьшения объема данных. В обнаружителе выходные отсчеты согласованного фильтра сравниваются с некоторым порогом, причем возможные отклики целей (т. е. те, которые превышают порог) отмечаются, а остальные отсчеты вообще могут быть опущены. Общая блок-схема одного из обнаружителей изображе:на на рис. 5.35. На входе обнаружителя приближенно рассчитывается амплитуда (т. е.
модуль) комплексного отсчета сигнала по его мнимой и действительной частям У и Я. Затем оценивается пиковое значение этого модуля по трем соседним отсчетам амплитуды. В блоке стабилизации вероятности ложной тревоги (СВЛТ) находится оценка уровня фонового шума (или уровня помехи от местных предметов), которая используется для автоматического поддержания на постоянном уровне вероятности ложной тревоги. В блоке формирования порога выбирается и устанавливается один из нескольких возможных пороговых уровней, с которым сравни.вается оценка пикового значения амплитуды сигнала.
После каждого сравнения формируется и передается по двоичному каналу для дальнейшего анализа одноразрядное число, указывающее, пре- и Материал этого,раздела, основан на работе А. Е. Филипа. Глава 5 324 Прил~енение ЦОС в радиолокации 325 1 у,— у, -( 2 у, — 2уо+ у-~ 2 а( —, (5.39) 1 А = й'о (~~ — ~-1) а (5.40) Йп ергл ванного 1РА'/7Б/77Р T „ — 1~ (и) 2 ' " лт ! (5.41) 1~1 811+2 (5.38) у=Мах 211'8 1 7 Рис.
5.35. Блок-схема обнаружителя радиолокационной системы. (СВЛТ вЂ” блок стабилизации вероятности ложной тревоги.) вышает ли значение пика амплитуды сформированный пороговый уровень. Рассмотрим работу обнаружителя подробнее. Для точного вычисления амплитуды комплексного отсчета требуется выполнение операции извлечения корня, которая довольно сложно реализуется аппаратными средствами. Поэтому для нахождения амплитуды используются приближенные, но более простые формулы [13]. Одна из них заключается в выборе максимального из следующих четырех значений: Ошибка определения амплитуды по этой формуле не превышает 2,98% ее истинного значения.
При оценке пика амплитуды часто используется трехточечная параболическая интерполяция. Оценке подлежат значение пика и его положение. Оценка пика амплитуды нужна для того, чтобы избежать уменьшения пика (максимум на 1,75 дБ, а в среднем на 0,5 дБ), которое может иметь место при согласованной фильтрации ЛЧМ-сигнала со взвешиванием по Хэммингу и дискретизацией с частотой Найквиста. Расчетные формулы для определения по- ложения а пика амплитуды по дальности и его величины А имеют следующий вид: где у; — используемые при интерполяции значения амплитуды. Отметим, что можно не использовать для оценивания пика амплитуды довольно сложное устройство из четырех сумматоров, одного умножителя и одного делителя, а просто на 0,5 — 1,0 дБ снизить пороговый уровень, но при этом иметь в виду, что вероятность ложной тревоги возрастет в 8 — 12 раз.
Автоматическое формирование порогового уровня по среднему значению амплитуды принятого сигнала прои1водится с помощью интеграто|ра блока СВЛТ. Цель автоматического формирования порога заключается в том, чтобы уменьшить вероятность ложной тревоги из-за медленных флуктуаций уров~ней фонового шума или помех от местных предметов. Порог, вычисляемый с помощью блока СВЛТ, является функцией выбранной вероятности ложной тревоги (Р„) и среднего квадратического значения уровня сигнала на некотором участке интервала приема. В предположении, что эхо-сигнал обрабатывается при наличии аддитивного белого гауссовского шума, выражение для порога, формируемого после интегратора блока СВЛ1, записывается в следующем виде: Множитель в квадратных скобках — константа, которую можно вычислить заранее и хранить в памяти.
Другой множитель и,(п) представляет собой среднее значение амплитуды принятого сигнала. Оно равно свертке последовательности отсчетов амплитуды с единичной прямоугольной весовой функцией конечной длительности, задержанной соответствующим образом. Выбор прямоугольной весовой функции является очевидной, но далеко пе единственной возможностью.
Отметим, что интегратор блока СВЛТ имеет конечное время установления, только по прошествии которого формируемый порог может быть использован. Если порог обнаружителя рассчитывается с помощью блока СВЛТ, то время установления должно быть учтено при выборе интервала приема в системе обработки данных. По двоичному каналу к устройству вторичной обработки передается информация, показывающая, какие отсчеты амплитуды на интервале приема превысили пороговый уровень. Такой способ сжатия объема данных используется для того, чтобы упростить и, следовательно, ускорить выполнение операции вторичной обра- 326 Глава 5 327 Применение ЦОС в радиолокации ''ботки в режимах поиска и измерений~ Кодирование информации, передаваемой по двоичному каналу, элементарное: ~-е двоичное число равно 1, если ~-я оценка пикового значения амплитуды превышает ~-е значение порогового уровня.
Последовательность переданных двоичных чисел и вычисленные значения порога накапливаются в выходном буферном накопителе. Все комплексные отсчеты (массивы У и Я) обычно также заносятся в выходное буферное ЗУ независимо от того, превышают ли полученные путем интерполяции пики амплитуды порог. Таким образом, сохраняются все данные с тем, чтобы их можно было (при необходимости) использовать при вторичной обработке, в частности когда для улучшения точности измерений вблизи порога обнаружения приходится использовать сложные алгоритмы. При этом в систему~ приходится вводить дополнительную память, что с аппаратурной точки зрения оказывается вполне приемлемым. 5.6.9. Вторичная обработка' > В предыдущих разделах были рассмотрены основные этапы обработки сигналов — фильтрация и пороговое обнаружение — и описаны способы их реализации в цифровой форме. Следующий этап обработки, выполняемый практически во всех радиолокационных системах после фильтрации и обнаружения, обычно называют вторичной обработкой.
В общем случае на этом' этапе по выходным результатам согласованного фильтра и обнаружителя находятся метрика целей и количественная информация (дальность, скорость, угловое положение, ЭПР и т. д.). Кроме того, в тех случаях, когда обнаружитель выявил большое количество целей или когда в пределах просматриваемого пространства принимаются интенсивные помехи от местных предметов, также требуется специальная вторичная обработка, которая может заключаться просто в определении границ области размещения целей или в сопоставлении эхо-сигналов от нескольких зондирующих импульсов, чтобы выявить, какие превышения порога соответствуют реальным целям.
Для решения этих задач в устройстве вторичной обработки нужно накапливать большие массивы данных, причем алгоритмы их обработки могут быть весьма сложными, а продолжительность обработки достаточно большой. Во многих радиолокационных системах информация для вторичной обработки передается в большие универсальные системы обработки данных (СОД). Правда, СОД все в большей степени загружаются решением задач общего управления радиолокатором, поэтому для вторичной обработки желательно иметь специализированное устройство, которое обеспечило бы выполнение операций отображения целевой обстановки, формиро- и Материал этого раздела заимствоваи у д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
