Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 99
Текст из файла (страница 99)
6.35,б, где реализуется компромиссный вариант, учитывающий требования, предъявляемые к ширине диаграммы направленности, уровню ее боковых лепестков и положению нулей. Задержки могут вводиться либо путем механической перестройки антенной решетки в соответствии с выбранным направлением, либо посредством электрического управления с помощью схем задержки илп фазосдвигателей. Схемы с электрически управляемой задержкой могут строиться несколькими способами. Можно использовать линию задержки. Изменять величину задержки со скоростью, согласованной с темпом сканирования по пеленгу, затруднительно, поэтому разработано много специальных переключающих схем для соединения выходов антенной решетки с узлами суммирования взвешенных сигналов.
Эти переключения могут осуществляться механически или электрически. Можно также использовать систему с предварительно сформированными диаграммами, в которой одновременно формируется несколько диаграмм направленности, причем для каждой диаграммы, соответствующей определенному направлению, используется отдельный узел суммирования. Посредством наложения диаграмм и интерполяции можно перекрыть (т. е. просмотреть) весь сектор пеленга достаточным числом диаграмм. При другом способе построения системы, основанном на обработке в частотной области, производится преобразование последовательных секций сигналов, принятых элементами решетки, в частотную область (возможно, посредством многомерного БПФ) с последующим суммированием сигналов на каждой частоте с соответствующими фазовыми сдвигами и весовыми коэффициентами.
После этого может быть выполнено обратное преобразование, хотя часто и всю дальнейшую обработку целесообразно производить в, частотной области. В последнее время разработано несколько систем обработки сигналов антенной решетки, в которых может быть реализован именно такой способ формирования диаграммы направленности 199, 100~. На рис. 6.35, в показано несколько по- ! добных систем, формирующих диаграмму направленности.
Наиболее широко распространенными системами электрического управления диаграммой направленности антенн являются системы с цифровым управлением многолучевой диаграммой направленности [101 — 103]. В системе этого типа линия задержки с отводами подключается к каждому элементу антенной решетки,, Глава б Обработка сигнилоп и г)и)ролокаиии 467 аоресуемое ЗУ суммирование Отсчеты входнык сигналов гидро~о Результаты частотного преобразования Одии вес и одне обратное бПгр на каждую диаграмму Рцс.
6.35. а — меканическое управление цилиндрической (или сфеРической) антенной репке-кой с использованием пластины для компенсации задержки; 6 — управление заранее сформирован..оп диаграммой во в е.~е г аммой во временной области; в — преобразование сигналов антенной ре1петки (формирование диаграммы в частотной области). так что задержка, необходимая для любого выбранного направления, может быть получена путем выбора соответствующего отвода.
Операция управления заключается в подключении к нужному отводу. Поскольку один и тот же отвод может быть использован неоднократно, появляется возможность сформировать диаграмму с необходимым числом лучей и обеспечить электрическое управление ими. Кроме того, при формировании выходного сигнала антенной решетки у одной и той же линии задержки можно использовать сразу несколько отводов, что позволяет получить частотно-селективную решетку; правда, при прямом формировании диаграммы этот способ, как правило, не используется.
При построении систем основное внимание уделяется двум вопросам: конструкции линии задер кки и схемам для подключения отводов. Линии задержки часто строились на базе систем с временным сжатием па линии задержки, описанных в разде 6.3.4. При этом используется жесткое ограничение сигналов, и прп выполнении операций, обеспечивающих формирование диаграммы направленности, учитываются лишь знаки выходных сигналов антенной решетки.
Проигрыш по сравнению с линейной системой формирования диаграммы зависит от акустических свойств окружающей среды. В присутствии пространственно-белого фонового шума он не превышает 2 дБ, что вполне допустимо, если учесть те возможности, которые при этом предоставляются с точки зрения формирования диаграмм. Правда, сильная направленная помеха 'приводит к намного большему проигрышу, вплоть до возможного.
«захвата» диаграммы. Для обеспечения задержек сигналов в настоящее время используются недорогие синхронно-тактируемые сдвиговые регистры. Обычно работа таких систем основана на жестком ограничении сигнала, но и построение многоуровневых систем становится все более реальным. Жесткое ограничение снимает проблемы, связанные с обеспечением динамического диапазона и необходимостью выравнивания уровней откликов преобразователей антенной решетки. Последнее имеет особенно важное значение для систем с подвижными платформами типа подводных лодок. Схемы подключения отводов в системах с многолучевой диаграммой могут быть очень сло кными, поэтому следует стремиться к эффективной организации запоминающего устройства (т. е сдвиговых регистров) .
Одна из систем с цифровым управлением многолучевой диаграммой направленности, в которой для формирования этой диаграммы используется простая антенная решетка„ изображена на рис. 6.36. Общее число схем подключения может быть весьма значительным. Например, если используются 12входных гндрофонов и формируются 10 диаграмм, то потребуется по крайней мере 120 отдельных схем подключения.
На существующей элементной базе построены системы с 256-элементными решетками и 80-лучевыми диаграммами [1041. Весьма часто цилиндрические и сферические антенные решетки изготавливаются 30* Глава В Обраоотки сигналов в гидролокации 469 регистр сдвига (сисгпемы сжагпип на М с отводами) Суммагпор (счегп чики Выход граммы( од граммы 2 ход гваммы Л( Рис.
6.36. Система с цифровым управлением многолучевой диаграммой направ. ленности. таким образом, что используются только элементы и соответствующие им линии задержки, которые расположены на той стороне, куда направляется лепесток диаграммы. Системы с цифровым управлением многолучевой диаграммой направленности и подобные им находят широкое применение. Нетрудно понять, что обработка сигналов в таких системах в принципе может быть выполнена только цифровыми средствами. В адаптивных системах предусматривается возможность управления весовыми коэффициентами с целью минимизации влияния мешающего шума. Сущность адаптивной обработки сигналов антенной решетки выражена соотношением (6.29).
При такой обработке задача сводится к тому, чтобы минимизировать степень перекрытия диаграммы направленности (или волнового векторно- ного отклика) антенной решетки с волновой векторной функцией акустического шума Окружающей среды. При минимизации должны быть учтены ограничения, обусловленные геометрией антенной решетки и ориентацией диаграммы направленности. При некоторых особенностях окружающей среды, например в случае наличия направленных источников мешающего шума, адаптивная обработка сигналов антенной решетки может иметь определенные преимущества и значительно улучшить характеристики системы. Хотя структуры с адаптивным формированием диаграммы направленности весьма разнообразны, условно их можно разделить Ри группы. К первой относятся системы, адаптируемые оператоРом, который имеет возможность в процессе работы управлять весовыми коэффициентами, ориентируясь на свое восприятие шумового поля Окружающей среды.
Управление непосредственно весовыми коэффициентами недостаточно эффективно, поэтому чаще всего в системах рассматриваемого типа используется некоторый управляемый параметр, в частности положение совокупности нулей диаграммы. Системы второй группы состоят из двух последовательно соединенных подсистем, одна из которых предназначена для нахождения оценок структуры шумов окружающей среды, например, посредством измерения входящей в формулу (6.28) спектральной ковариации 5 ф ~;, г,) сигналов в местах расположения элементов антенной решетки, а во второй выполняется алгоритм оптимального формирования диаграммы направленности. Системы этой группы являются системами без обратной связи, так как результат формирования ие поступает через цепь обратной связи на схему управления формированием диаграммы. Кроме того, существуют и адаптивные системы с обратной связью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
