Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1092038), страница 46
Текст из файла (страница 46)
При этом проекция области высокой корреляции на ось частот и, следовательно, диапазон возможных ошибок измерения частоты возРастают. Таким образом, введение частотной модуляции не позволяет одно- Контрольные вопросы временно увеличить точность измерений запаздывания н доплеровского сдвига частоты. В то же время если рассматривать задачу измерения запаздывания при известном значении доплеровского сдвига частоты, то введение частотной модуляции позволяет уменьшить среднеквадратическую ошибку измерения запаздывания в В раз: т и = и ЙдВ (5.71) Таким образом, если необходимо обеспечить точное измерение времени запаздывания и доплеровского сдвига частоты, то целесообразно использовать другие виды сигналов, например когерентные импульсные последовательности либо фазокодоманипулированные сигналы. Однако следует учитывать, что функция неопределенности этих сигналов содержит дополнительные выбросы, что увеличивает вероятность «аномальных» ошибок 137).
Контрольные вопросы 1. Перечислите основные параметры радиолокационных сигналов, которые оцениваются при измерении. 2. Перечислите показатели качества измерения одномерной случайной величины. 3. Каким образом определяются усредненные потери? 4. Какие функции потерь используются прн решении задачи оптимального измерения параметров радиолокационного сигнала? 5.
Каким образом определяется оптимальная оценка измеряемого параметра радиолокационного сигнала при квадратичной функции потерь". б. Каким образом производится оценка параметров по максимуму апостернорной плотности вероятности, по максимуму правдоподобия? 7. Каковы особенности многократного измерения параметров радиолокационного сигнала? 8. Какие измерители параметров радиолокационных сигналов называют иеследящими, какие следящими? 9.
Каким образом радиолокационный приемник вычисляет функцию, пропорциональную апостериорной плотности вероятности (АПВ) или монотонную функцию от АПВ в заданном диапазоне изменения параметров". 1О. Каким образом производится оптимальное неслеляшее измерение времени запаздывания (дальности)? 11.
Каким образом производится оптимальное неслелящее измерение доплеровской частоты (радиальной скорости)? 12. Привелите структурную схему измерения времени запаздывания и лоплеровской частоты, 13. Приведите примеры практической реализации временных дискриминаторов. 267 5. Основы теории измерения параметров сигналов 14. Приведите пример практической реализации частотного лискриминатора.
15. Приведите примеры одноканальных измерителей угловых координат. 16. Изобразите простейшую схему моноимпульсного амплитудного дискриминатора с суммарно-разностной обработкой. 17. Изобразите схему моноимпульсного фазового дискриминатора с суммарноразностной обработкой. 18. Приведите и проанализируете формулу для среднеквадратической ошибки измерения времени запаздывания. 19.
Приведите и проанализируете формулу лля среднеквадратической ошибки измерения частоты. 20. Приведите и проанализируете формулу для срелнеквадратической ошибки измерения угловой координаты. 21. От каких факторов зависит потенциальная точность совместного измерения времени запаздывания и доплеровской частоты радиолокационного сигнала? 6.
ОСНОВЫ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ Изложены задачи вторичной обработки (ВО) информации применительно к их реализации в радиолокационных системах. Приведена обобщенная стру~стурная схема ВО. Рассмотрена реализация основных операций ВО и их особенностей. Основное внимание уделено базовым алгоритмам ВО и их физической сущности. 6.1. Общие сведения 6.1.1. Основные понятия и история вопроса Вторичная обработка (ВО) радиолокационной информации, или, как еще иногда говорят, траекторная обработка, выполняется после первичной и применяется для решения задачи обнаружения траекторий целей в зоне ответственности РЛС и оценки их параметров.
Траектория цели представляет собой след от перемещающегося с течением времени в некотором пространстве объекта наблюдения. Такое понимание траектории вытекает из естественных представлений, возникающих при наблюдении различных движущихся объектов. Абстрагируясь от физической природы движущегося объекта, траекторию цели можно определить как линию — след от перемещения некоторой математической точки, соответствующей данному объекту. Заметим, что наиболее часто под этой точкой понимают центр масс соответствующего физического тела.
В каждый момент времени траектория цели может быть представлена некоторыми параметрами (фазовыми координатами): положением цели, ее скоростью, ускорением и т. п. Траектория цели считается известной, если для заданного интервала времени известна зависимость ее фазовых координат от времени. Движение объекта можно рассматривать как некоторый (чаше всего, случайный) процесс, а траекторию объекта, характеризуемую соответст- 269 6. Основы вторичной обработки радиолокационной информации вуюшнмн фазовыми координатами в течение некоторого интервала времени, — как представление этого процесса.
В течение такта первичной обработки радиолокационной информации по обнаруженным сигналам, порожденным либо движущимися объектами, либо шумом, в системе координат первичных наблюдений формируется совокупность случайных отсчетов, характеризующих обстановку в зоне контроля РЛС в момент зондирования.
По результатам многократных первичных наблюдений в ходе вторичной обработки необходимо принимать решения об обнаружении целевых траекторий и оценивать их параметры. Появление шумовых отсчетов, исчезновение в некоторых тактах целевых отсчетов и погрешности измерений являются факторами, влияющими на качество проведения траекторной обработки.
Формально задача и первичной, и вторичной обработки радиолокационной информации одна и та же: оценка целевой ситуации в контролируемой радиолокатором зоне. Необходимость ВО вызвана тем, что при малых временных интервалах наблюдения, которые характерны для принятия решения в ходе одного такта первичной обработки, надежность обнаружения и точность оценки координат цели, а часто и их состав оказываются недостаточными для нужд потребителя радиолокационной информации.
В ходе ВО при увеличении времени наблюдения, отводимого для принятия решения, появляется возможность повысить качество принимаемых решений. Несмотря на внешнюю схожесть задач первичной и вторичной обработки, условия, в которых решаются зти задачи, и методы их решения существенно различаются. При вторичной обработке учитывается, что цели могут быть перемещающимися, появляющимися и исчезающими в зоне контроля РЛС. При первичной обработке рассматривается только двухальтернативная ситуация: цель либо есть в элементе разрешения, либо ее там нет.
Если в ходе первичной обработки радиолокационной информации параметры объекта наблюдения являются фактически неизменными, то в ходе вторичной они таковыми, естественно, быль не могут. Это связано с тем, что такт первичной обработки Ть определяемый временем обработки зондирующего сигнала, имеет, как правило, столь малые значения, что цель за время Т~ практически не изменяет своего положения в пространстве. Пол целевой ситуацией понимаются цели, находящиеся в зоне контроля РЛС, их взаимные характеристики, вид целей, параметры их движения и т. и.
Например, в ходе ВО, наблюдая за ~еремещениями цели, можно найти ее с"орость, ускорение, даже если на этапе первичной обработки измеряется только положение объекта. Возможно определение и других принципиально ненаблюдаемых параметров цели. 270 б,1. Общие сведения Вторичная обработка выполняется в течение всего времени наблюдения за целью, которое, как правило, много больше Ть Результаты ВО обыч но относятся к текущему времени 1 и, вообще говоря, учитывают всю ин формацию о цели: с момента ее появления в зоне контроля до момента времени 1. Иногда в рассмотрение вводят такт вторичной обработки Тя— время, в течение которого корректируется предыдущее решение об обнаружении траектории и оценивании ее фазовых координат — параметров траектории цели. Такт Тл может задаваться либо исходя из требований вышестояшей системы, либо из естественного цикла обновления информации, связанного с особенностями обзора контролируемого пространства (например, для РЛС кругового обзора такт Тл часто делают равным периоду вращения антенны).
Можно, таким образом, сказать, что на выходе первичной обработки получена совокупность отсчетов, каждый из которых является случайной векторной величиной, представляющей собой оценку параметров неизвестных случайных или неслучайных координат некоторой обнаруженной цели. На выходе вторичной обработки получаем совокупность траекторий, каждая из которых является случайным векторным процессом, представляющим собой динамическую оценку параметров неизвестных изменяющихся во времени случайных или неслучайных координат некоторой обнаруженной цели. Естественно, что траекторная информация, как уже отмечалось, полнее отметочной, поскольку учитывает в текущей оценке предысторию наблюдения цели, включая все предыдущие отсчеты, и отображает взаимосвязь и изменение параметров цели во времени, Вторичная обработка радиолокационной информации, основанная так же, как и первичная, на общей теории принятия решений и теории оценок, является специфической задачей многомерной фильтрации, дополненной необходимостью выбора 1обнаруження) целевых траекторий.
В ходе ВО решается задача отождествления отсчетов и траекторий, соответствующих одной и той же цели. В частном случае, при достоверной информации первичной обработки о получении отсчетов, относящихся исключительно к некоторой истинной цели, ВО сводится только к фильтрации траекторных параметров (это характерно для РЛС, обеспечивающих высокое значение отношения сигнал — шум при принятии решений в ходе первичной обработки). Собственно фильтрация — это непрерывное воспроизведение некоторой переменной, являющейся параметром наблюдаемого случайного процесса. Можно выделить два основных подхода к решению задач фильтрации случайных процессов: на основе фильтра Винера и фильтра Калмана.
В последнее время заметен повышенный интерес к развитию методов нелинейной фильтрации. 271 б. Основы вторичной обработки радиолокационной информации Теория винеровской фильтрации исторически была разрабатана первой. К одной из основополагающих работ в этой области следует отнести работу Н. Винера ~50~, для дискретных случайных процессов близкие вопросы еще ранее рассматривал А. Н. Колмогоров ~511. В основе теории винеровской фильтрации лежат следующие положения: 1) наблюдаемый случайный процесс есть адлитивная смесь оцениваемого и помехового случайных стационарных процессов с различными корреляционными функциями; 2) длительность наблюдения предполагается бесконечно большой (от -чо до текущего момента 1); 3) критерием оптимальной фильтрации является минимум средне- квадратической ошибки оценки воспроизводимого параметра; 4) оптимальный фильтр находится в классе линейных фильтров.
При построении траекторий движения целей условия, для которых были получены выражения, описывающие вннеровский фильтр, оказываются во многих случаях не адекватными реальной ситуации. Это связано, прежде всего, с тем, что, во-первых, оцениваемый случайный процесс (траекторию) невозможно представить в виде стационарного процесса с известной корреляционной функцией, во-вторых, появляющиеся и исчезающие объекты всегда наблюдаются в течение ограниченного времени. Теория калманоской фильтрации при построении траекторий имеет ббльшую свободу: непрерывный фильтр Калмана основан на представлении случайного процесса в виде стохастических дифференциальных уравнений, а цифровой — в виде соответствующей системы разносгных уравнений, что соответствует широко распространенным общепринятым моделям движения объектов. Теория калмановской фильтрации была разработана позже винеровской и является существенным ее развитием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
