Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 88
Текст из файла (страница 88)
6.16,б. Здесь проводится элементарное некогерентное сложение выходных сигналов фильтров всех разрешаемых дальностно-доплеровских элементов, взвешенных с учетом интенсивностей рассеяния в этих элементах. Затем для принятия окончательного решения выполняется пороговый анализ. Как в системах обнаружения протяженных целей, так и в системах подводной акустической связи для описания влияния цели и среды распространения на акустический сигнал приходится учитывать все возможные трассы распространения.
Различие ме кду системами этих двух типов проявляется в основном в способах использования канала и выявления трасс распространения. В системах обнаружения излучается один и тот же сигнал, а задача сводится к выявлению только тех разрешаемых элементов (корреляционных приемников), сигнал которых обусловлен энергией, отраженной от цели. В системах связи излучаются различные сигналы, соответствующие разным сообщениям и отличающиеся, как правило, частотами, а задача сводится к выявлению всех трасс распространения сигнала. Таблииа б.2 Классификация моделей цели Сверлинга для случая совместной обработки последовательности импульсов Распределение вероятностей выходного сигнала приемника при приеме одиночного имп1льса Скорость флук- туаиий акспоиенциальное Ралея Случай 3. Цель с постоянной ЭПР н большой протяженностью по сравнению с длиной волны спгнала Малая Случай 1.
Цель с постоянной ЭПР и малой протяженностью по сравнсншо с длиной волны спгнала Случай 4 Цель с флуктуируюшеи ЭПР н большои протяженностью по сравнению с длиной волны сигнала Случай 2. Цель с флуктупруюшсй ЭПР и малой протяженностью по сравнению с длиной волны сигнала Большая Нетрудно убедиться в том, что, выбрав подходящие сигналы, можно существенно улучшить характеристики систем обнаружения и связи.
Для систем обнаружения в общем случае наиболее подходящими оказываются сигналы, обеспечивающие разрешение целей по максимальному числу отличительных признаков. Несколько сложнее обстоит дело с системами связи, для которых задача синтеза наилучших сигналов сводится к обеспечению оптимальной различимости в канале. Это означает, что при заданной излучаемой энергии существует оптимальное число разрешаемых трасс (детально вопросы оптимальной различимости рассмотрены в работах [41, 48]). Количественный анализ характеристик систем и вычисление отношения сигнал/шум или вероятностей ,ошибок могут быть весьма трудными задачами.
Для большинства систем они сводятся к анализу ~'-распределений, для которых определяющую роль играет число степеней свободы; кроме того, детально разработаны и другие более сложные методы [41, 48]. Прежде чем перейти к особенностям обработки последовательностей импульсов, описываемой в разд.
6.3.3, рассмотрим обработку сигналов с учетом окружающей среды в системах измерения дальности до цели и доплеровского смещения сигнала от цели. Задачи измерения и обнаружения имеют много общего. Пытаясь определить координаты цели, оператор, как правило, проводит поиск по всей дальностно-доплеровской плоскости. Задача сводится к вь1явленню отражений от цели с использованием любых отличительных признаков, связанных с отражениями. После этого решается задача разделения сигнала, отраженного от цели, н реверберационного сигнала, с тем чтобы можно было определить дальностно-доплеровские координаты и ЭПР цели. Для выделения отличительных признаков цели необходимо использовать сигналы, обеспечивающие высокую разрешающую способность.
К сожалению, в случае протяженных целей решение перечислен- 413 412 Обработка сигналов в гибролокации Глава б ных задач значительно сложнее, так как для них неприменимы методы анализа сигналов от медленно движущихся точечных целей, основанные на использовании границ Рао — Крамера и функции неопределенности сигналов. В заключение подчеркнем, что акустическая среда действительно накладывает ряд существенных ограничений на решение задач гидроакустики. В большинстве случаев ее влияние оказывается весьма сложным и к тому же заметно изменяется во времени, поэтому необходимо, чтобы устройства обработки с учетом влияния среды были как можно более универсальными.
Уже сейчас для обеспечения этой универсальности все более широко используются цифровые устройства обработки сигналов. 6.3.3. Обработка последовательностей импульсов Рассматривавшиеся до сих пор алгоритмы обработки сигналов относились к случаю излучения только одного импульса. Однако в реальных активных гидролокационных системах почти не применяется режим однократного наблюдения; в них осуществляются непрерывное зондирование среды и анализ принимаемых сигналов, так что практически всегда имеются данные ряда последовательных наблюдений, которые обрабатываются с помощью цифровых устройств. Прежде чем перейти к описанию режима многократных наблюдений, необходимо отметить, что для обработки последовательностей импульсов разработано больше алгоритмов, чем для одиночных импульсов, причем почти во всех из них используются машинные программы.
Основное внимание будет уделено некоторым алгоритмам, связанным с обработкой сигналов, хотя следует подчеркнуть, что они составляют небольшую долю всех разработанных алгоритмов. При обнаружении целей обработка последовательности импульсов обычно заключается в суммировании откликов на каждый импульс на выходе коррелятора (или квадратных корней из этих откликов) . Поскольку рассматривают два основных параметра цели, возможны четыре различных варианта суммирования откликов коррелятора; обычно их называют лоделяли целей Сверлинга 154]. По этой классификации целей рассматриваются две различные модели распределения вероятностей ЭПР цели и флуктуаций принимаемых после отражения импульсов.
Во всех случаях предполагается, что фаза каждого из импульсов является равномерно распределенной случайной величиной, статистически независимой от импульса к импульсу. В табл. 6.2 представлены модели Сверлинга для различных статистических характеристик отклика коррелятора. Распределение вероятностей первой модели соответствует отражению от большого числа малых рассеивателей, а второй — наличию единственной зеркальной компоненты ссь случайной фазой, которая принимается вместе с отражениями от большого числа малых рассеивателей.
Модель медленных флуктуаций соответствует случаю, когда модуль отклика коррелятора является постоянной, хотя и случайной величиной, а модель быстрых флуктуаций соответствует случаю, когда отклик коррелятора флуктуирует случайным образом, причем независимо от импульса к импульсу. Оптимальный алгоритм совместной обработки откликов коррелятора можно записать, используя трансцендентные функции, но в большинстве случаев они могут просто суммироваться [41].
Составлено много таблиц, содержащих характеристики систем для различных моделей целей, которые можно использовать для предсказания характеристик во многих встречающихся на практике случаях. Особенности анализа не играют особой роли в случае активных гидролокационных систем, поэтому рассмотрим некоторые более важные вопросы и в первую очередь следующие два из них, касающиеся совместной обработки импульсов: модель отклика корреляционного приемника и уровень флуктуаций от импульса к импульсу. При решении задачи обнаружения активными гидролокационными системами совместная обработка импульсов последовательности заключается в нахождении каким-либо способом среднего отклика коррелятора, с тем чтобы достичь требуемого отношения сигнал/шум за счет усреднения. Если окружающая среда и отражатель полностью стационарны, а средства обработки обладают достаточной производительностью для того, чтобы осуществить поиск по всем элементам разрешения на дальностно-доплеровской плоскости и для всех импульсов большой импульсной последовательности, то в принципе можно построить приемник с любыми рабочими характеристиками.
Такая возможность реализуется не часто, и обычно ограничиваются случаем совместной обработки определенного числа импульсов, как правило, не более 10 — 100. Кроме того, для значительно более эффективного выполнения совместной обработки импульсов с применением ЗУ намного меньшего объема можно вместо точного усреднения использовать усреднение на памяти с затуханием, причем при этом ухудшение характеристик приемника оказывается незначительным.
При совместной обработке последовательности импульсов в активных гидролокационных системах с целью определения дальности до цели и доплеровского смещения отраженного сигнала широко используются современная теория оценок и возможности цифровых схем. Существенно, что для прослеживания трассы цели приходится сглаживать последовательность оценок дальности и доплеровского смещения, получаемых на выходе коррелятора. Это сглаживание должно производиться с учетом динамики движения цели, в том числе взаимосвязи между доплеровскпм смещением и последовательностью дальностных оценок, а также любых известных ограничений, касающихся цели, таких, как макси- 41Ь 414 Обработка сигналов в гидролокаиии Глава б мальные значения скорости или ускорения. Чаще всего для сглаживания используются алгоритмы, основанные на методе наименьших квадратов. Так, простейшим из них является полиномиальная аппроксимация с теми или иными дополнительными ограничениями. Один из наиболее сложных методов основан на моделировании движения цели, которая рассматривается как динамическая система, находящаяся под воздействием неизвестных возбуждающих сил и шума, вызывающего искажение дальностнодоплеровских измерений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
