Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Существует, однако, несколько методов расчета оптимальных подавителей, каждый из которых используется при определенных допущениях относительно помех от местных предметов и вида зондирующего сигнала. Так, Делонг и Хофштеттер ~101 разработали метод максимизации отношения сигнал/интерферирующие помехи для заданной доплеровской час- тоты при условии, что форма энергетического спектра по~мех известна. Полученный ими результат является обобщением теор~ии согласованной фильтрации в том смысле, что если местные помехи имеют вид белого гауссовского шума, то оптимальное линейное устройство обработки оказывается обычным согласованным :фильтром. В общем случае его можно рассматривать как схему из двух последовательно соединенных фильтров, один из которых ~отбеливает» энергетический спектр местных помех, а другой является согласованным фильтром.
Выше предполагалось, что интенсивность местных помех постоянна на .всех представляющих ,интерес дальностях, .но методика Делонга и Хофштеттера пригодна и для моделей местных помех более общего вида с интенсивеостью, зависящей от дальности. Другой подход к расчету подавителя сводится к расчету эквивалентного КИХ-фильтра. При таком подходе предполагается, что частотные полосы, в которых находится доплеровский спектр помех от местных предметов, не перекрываются с полосой полезных эхо-сигналов (отраженных от движущихся целей). Если спектр местных помех сконцентрирован ~вблизи нулевой частоты, то задача сводится к расчету фильтра верхних частот, у которого полоса непропускания перекрывает частотные полосы, занимаемые местными помехами, а полоса пропускания обеспечивает выделение полезных сигналов.
При проектировании так~их фильтров можно пользоваться любым |из хорошо известных алгоритмов расчета цифровых КИХ-фильтров '[201. За фильтром верхних частот следует ввести гребенку узкополосных фильтров, настроенных на ожидаемые значения доплеровс~кого смещения частоты. В общем случае фильтр для ~подавления помех от местных предметов строится следующим образом.
Его,выходной сигнал находится как линейная комбинация отсчетов эхо-сигналов, соответствующих одной и той же дальностной полосе (эти отсчеты смещены .на один и гот же отрезок времени относительно начала Рис, 5,44. Обобщенный цифровой фильтр для СДЦ. зондирующего импульса). Во времени комбинируемые отсчеты эхо-сигнала отстоят друг от друга на период повторен~ия Л,,поэтому при ~построении такого фильтра приходится использовать линию задержки с отводами на Л, как показано на рис. 5.44. Так как обычно на каждом периоде повторения просматривается большое количество дальностных полос, то в качестве схем за- 346 Глава 5 держки на Л целесообразно использовать сдв~иговые регистры на число слов, равное количеству просматриваемых дальностных полос.
Пр~и построении оптимального линейного подавителя с М отводами в прямой форме для получения каждого выходного отсчета приходится ~выполнить Х умножений. Для каждого доплеровского канала требуется свой, отличный от других оптимальный подавитель, поэтому для каждого канала используется определенный набор весовых коэффициентов. Можно построить гораздо более простой подоптимальный подавитель, последовательно соединив трехимпульсный подавитель и гребенку полосовых фильтров (реализуемую с помощью алгоритма «скользящего» БПФ).
Так как в трехимпульсном подавителе вообще не требуется выполнять умножений (за счет того, что он имеет простые одноразрядные коэффициенты), а в Х-точечном БПФ используется %1од~Ж умножен~ий, то на каждый доплеровский канал приходится всего 1од~ У умножений. Это означает, что аппаратурная реализация подавителя существенно упростится, но все его характеристики сохранятся. В следующем разделе будет описана система СДЦ, использующая именно такой подоптимальный подавитель. 5.9.2. Пример системы Сдцо В качестве примера, иллюстрирующего применение цифровой системы СДЦ, рассмотрим цифровое устройство, разработанное за несколько последних лет ~в лаборатории Линкольна. Это устройство, названное обнаружителем движущихся целей (ОДЦ), предназначено для оптимизации характеристик аэродромных радиолокаторов кругового обзора, входящих в автоматизированную систему Федерального авиационного управлен~ия США.
ОДЦ представляет собой специализированное цифровое устройство, способное обеспечить обработку сигналов прп обзоре пространства по азимуту на 360', а по дальности около 90 км с,разрешением 120 м. Блок-схема ОДЦ представлена на рис. 5.45. Он подключается к выходу приемного устройства с большим динамическим диапазоном, работающего в линейном режиме практически во всем диапазоне преобразования АЦП.
Требование линейности приемника является в данно~м случае (но вообще далеко не всегда) весьма важным, так как иначе произойдет расширение спектра помех от земной поверхности. В результате спектр помех попадет в доплеровские фильтры и характеристики системы СДЦ будут ухудшены. Отметим, что жесткое ограничение сигнала, часто применяемое в радиолокаторах с СДЦ, при использован~ии трехимпуль~сного подавителя приводит к увеличению порога обнаружения на 20 дБ. " Материал к этому разделу основан на работах С. И, Мьюи, Л, Картлиджа и Р.
О. Даниела (25, 26, 28]. 349 348 Глава 5 Применение ЦОС в радиолокации Принятый сигнал преобразуется к основной полосе, чтобы получить его комплексную огибающую. После аналого-цифрового преобразования 11-разрядные отсчеты с выходов обоих квадратурных каналов накапливаются в ферритовой памяти объемом 8000 слов. Сначала на некоторой частоте повторения импульсов для каждой из 768 дальностных полос накапливаются 10 отсчетов.
После этого частота повторения изменяется примерно на 20%, и процесс накопления отсчетов повторяется. Во время повторного накопления 10 отсчетов данные, полученные на первом эта~не накопления, считываются из памяти. Все 10 отсчетов, относящихся к любой дальностной полосе, считываются последовательно и поступают на обработку, после этого считываются 10 отсчетов, относящихся к следующей дальностной полосе, и т. д. Все 10 отсчетов, относящихся к одной дальностной полосе, поступают в трехи~мпульсный ~подавитель, ~после чего выполняется 8-точечное ДПФ. Одновременно те же отсчеты пропускаются через фильтр нулевой скорости. Описанная совокупность фильтров обеспечивает хорошее приближение к оптимальному об~наружителю [10], работающему при наличии помех от земной поверхности.
На рис. 5.46, а и б приведены характеристики двух действующих подоптимальных обнаружителей, в которых для режекции местных помех используется трехимпульсный подавитель, а гребенка доплеровских фильтров реализуется посредством ДПФ. Для уменьшения уровня боковых лепестков доплеровских фильтров, реализуемых с по~мощью алгоритма ДПФ, используется сглаживание, при этом из всех выходных отсчетов доплеровских фильтров вычитаются отсчеты смежных фильтров, деленные на 4. Эта операция, очень простая в реализациями, эквивалентна умножению отсчетов во временной области на весовую функцию, имеющую вид смещенной вверх косинусоиды. Схема подоптимального обнаружителя на~много проще схемы оптимального обнаружителя.
Если число доплеровских фильтров. равно 8, то в оптимальной схеме потребовалось бы обеспечить выполнение 64 операций умножения комплексных чисел для каждого элемента разрешения в координатах дальность — азимут. Все эти умножения должны быть завершены приблизительно за 8 мкс, так что требуемая скорость перемножения комплексных чисел равна 8 млн. умножений в секунду, а действительных чисел— 32 млн.
умножений в секунду. В то же время для подоптимальной схемы при использовании алгоритма БПФ требуется выполнить всего четыре простых умножения на 1/~2. Эти умножения сводятся к умножению на константу вида (~/2+~/в+~/10+~/04+~/же), которое реализуется с по~мощью четырех сумматоров. Остальная часть схемы ОДЦ также строится таким образом, чтобы избежать, выполнения операций умножения. Экспериментальное исследование помех от земной поверхности показывает, что уровень помех заметно меняется от одного эле- ВО 50 -50 О -50 О гоо 400 Воо воо аюо ДоплероВская частота Чели, ГЧ Ю Рис. 5.46.
Выигрыш в отношении сигнал/шум для подоптимальиого ОДЦ, ис- пользующего трехточечный подавитель и 8-точечное ДПФ. а — фильтр настроен на частоту 200 Гц; б — фильтр настроен иа частоту 400 гц, 40 ~~ ь 50 й "г %~ ~~а го б 4 0 со -!О ф -го 50 40 й ~~ь 50 ~а го -'о .а ". Я3 )~ О -~0 -го гоо 400 б'00 Вдо ОООО' ДоплероВская частота чели, Гц 351 Глава 5 350 Применение ЦОС в радиолокации мента разрешения к другому. В частности, существует много областей с низкой интенсивностью по~мех, в которых возможность обнаружения самолета зависит только от отношения сигнал/шум. Для того чтобы провести пороговый анализ, с помощью которого можно было бы найти наилучшую оценку уровня помех от земной поверхности и максимизи~ровать вероятность обнаружения самолета, в ОДЦ формируется радиолокационная карта помех от земной поверхности, снимаемая с высоким разрешением (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
