Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 33
Текст из файла (страница 33)
При боковом обзоре и постоянной скорости носителя РЛС задержка Т=ЛХ/У. Если участок ЛХ меньше ширины ДН антенны на заданной дальности, можно использовать многоканальную обработку по азимуту, и время задержки будет определяться только временем синтезирования. Третьей причиной задержки получения изображения является конечное время выполнения операций в системе обработки, которое в сильной степени зависит от вида системы обработки. Уменьшить это время можно путем использования ЦСО.
Анализ РЛИ (обнаружение и распознавание цели) обычно занимает значительное время, поэтому сформированный кадр изображения на экране индикатора «замораживают» на время принятия решения оператором. Более жесткие требования к задержке получения информации о цели предъявляются системами целеуказания и наведения с использованием РСА.
При этом должны оперативно решаться задачи коррекции РЛИ при маневре носителя РСА (геометрические и амплитудные искажения, привязка к земной системе координат) и сопровождения цели по всем координатам. Далее рассматриваются структурные схемы и алгоритмы цифровой обработки траекторных сигналов для формирования РЛИ в РСА землеобзора.
В цифровой системе обработки (см. рис. б.!0) видеосигналы с выхода фазового детектора (ФД) в каждом периоде повторения подвергаются дискретизации по времени и квантованию по амплитуде и преобразуются с помощью быстродействующего АЦП в цифровые сигналы. Устройство предварительной обработки (ПО) осуществляет компенсацию эффекта движения носителя РСА по сигналам навигационной системы (НС) и форматирует цифровые сигналы для регистрации в запоминающем устройстве (ЗУ).
Данные, полученные от всех разрешаемых по дальности элементов в зоне обзора, запоминаются на участке траектории, равном синтезированной апертуре, на время выполнения алго- Глава б ритма обработки. Цифровой процессор (ЦП) осуществляет обработку цифровых сигналов, хранящихся в ЗУ, и поступающих из вычислителя опорной функции. Алгоритм процессора определяется способом обработки траекторного сигнала при синтезировании апертуры. Далее считается, что сжатие сигнала по дальности выполнено отдельным алгоритмом и здесь не рассматривается.
Вычислитель опорной функции снабжает процессор требуемыми опорными сигналами для данного алгоритма обработки (режима работы) с учетом данных, поступающих из навигационной системы. В результате на выходе процессора формируется массив цифровых сигналов, соответствующих амплитуде (или мощности) сигналов, отраженных от каждого разрешаемого элемента в зоне обзора РСА, т.е. цифровое изображение местности и объектов, которое передается в систему отображения. Главными характеристиками ЦСО являются разрядность и быстродействие АЦП и процессора, а также объем памяти ЗУ, при этом требования к ЦСО, а также к вычислителю опорной функции зависят не только от параметров РСА, но и от способа выполнения алгоритма обработки процессором. При использовании цифровой обработки сигналов и цифрового управления режимами работы к достоинствам РСА кроме быстродействия, т.е. возможности получения РЛИ просматриваемого участка местности на борту ЛА в реальном или близком к реальному масштабу времени, добавляются также широкие возможности по оперативному изменению разрешающей способности, вида обзора, дальности и угла наблюдения.
Кроме того, при цифровой обработке проще решаются задачи компенсации искажений сигналов, селекции движущихся целей и появляется возможность синтезирования апертуры антенны при маневрировании ЛА. В заключение отметим, что выбор той или иной системы обработки определяется задачами, которые возлагаются на РСА, а также возможностями элементной базы, которая может быть использована при ее создании. В цифровой системе обработки квадратурные составляющие сигнала с выходов ФД в каждом периоде повторения преобразуются в цифровые сигналы с помощью АЦП и записываются в запоминающее устройство (ЗУ).
Требование к АЦП по быстродействию (частоте дискретизации Гд„„) определяется шириной спектра зондируюшего сигнала, т.е. разрешающей способностью РСА по дальности Ьг: ГАцп = 1скс/2Ьг, где 1к — количество отсчетов сигнала на элемент разрешения по дальности, обычно 1св =1...2. Так, 1с„=1 и Ьг=Зм соответствует частота дискретизации Гдцп — — 50 МГц . 176 Саетемм адрааааиси еигналов РСА М= " .— Р„г к,= — гр„т,г„ ХК„Ы~ ЛК ЧЬе яп О„Ьг " Ьг (6.7) Расчет показывает, что для получения разрешения Ье = Ьг = Зм на дальности К„=! 00 км в полосе обзора по дальности ЛК = 3 км при угле наблю- дения 0„=30', Х=Зсм, Ч=250мlс, Р„=!кГц и е„цп=8биг=!байт требуемый объем памяти составляет 8 Мбайт.
Важной особенностью этапа записи траекторного сигнала является необходимость двухкппальпой системы для получения квадратурных составляющих. При этом предъявляются высокие требования к идентичности каналов (ФД, АЦП). Возможно также использование одноканальной системы записи на поднесущей частоте. Так, при использовании поднесущей частоты траекторного сигнала, как и при записи сигнала в оптической системе обработки, требуется только один канал ФД и АЦП. При этом частоту выборок траекторного сигнала (частоту повторения РЛС) необходимо увеличить в два раза. При использовании промежуточной поднесущей частоты зондирующего сигнала требуется дискретизация по задержке (дальности) в два раза чаще и, следователь- 177 Число разрядов (длина слова) цифрового сигнала после АЦП определяется требуемым динамическим диапазоном сигналов РЛИ.
Под динамическим диапазоном Х„цп разрядного цифрового сигнала будем "лцп понимать число уровней квантования сигнала: Х = 2 мп . В логарифмическом масштабе динамический диапазон ДД=20!8Х =Ыкцп, т.е. добавление одного разряда расширяет динамический диапазон цифрового сигнала на 6 дБ. Обычно АЦП с 4...8 разрядами считается оптимальным с точки зрения обеспечения заданного динамического диапазона при минимальных шумах квантования. Запись цифрового сигнала в ЗУ в каждом периоде зондирования ведется строкой по дальности. По мере полета информация в памяти накапливается. Считывание траекторного сигнала из ЗУ для обработки в процессоре производится по азимуту (поперек строки дальности). При этом длина строки цифровой памяти по азимуту (число отсчетов сигнала 1ч,) определяется интервалом синтезирования Х, =Т,/Т„=Т,Г„и, следовательно, требуемой разрешающей способностью РСА по азимуту.
С учетом памяти по всем каналам дальности объем ЗУ М=2Х,1чкелцп, где 1ч'к = ЛК/Ьг — число каналов дальности (при 1 =1 ), а коэффициент 2 учитывает наличие двух каналов (синфазного и квадратурного). Подставив значение о1, и як, получим: Глава 6 но, в два раза более быстродействующий АЦП. Частоту повторения РЛС увеличивать при этом не требуется. Требования к устройствам, входяи1им в состав систнемы ЦСО.
В цифровом процессоре реализуются математические операции синтезирования апертуры: т,д <й)д,<й)дй (б.8) 1= й -т,й'2 где Ь,- — опорная функция системы обработки для 1-й цели. Комплексный траекторный сигнал ц(1) в одном канале дальности представляется в виде суммы двух действительных сигналов (косинусной п,(1) и синусной ц,(1) составляющих): п(1) = и.(1)+Зц,(1) .
Опорная функция для 1-й цели также представляется двумя квадратурными составляющими: Ь;(1) = Ь„(т)+1Ь„(1). Поэтому умножение сигнала ц(1) на опорную функцию Ь;(т) разбива- ется на четыре операции умножения и две операции суммирования: ц(1)Ь,(т) =(ц,(1)+1ц,(т)1[Ьд(т)+ 1Ь„(т)1= — ~ц (т)Ь (т)-ц (1)Ь (т)1+1~о (1)Ь (т)+ ц (1)Ь (1)1, а алгоритм согласованной обработки траекторного сигнала может быть представлен в виде 1, = ~с+1з~ = Д'+ з', (б.9) 178 т,(т т,р где й= ! !~,йй)ь,,ййй — д,йййд,,ййй1дй, й= 1 ~ц,йй)д„.ййй.йд,йййд„йй)1дй.
-т,р -т,д Структура алгоритма обработки, формирующего один синтезированный луч в направлении О,, показана на рис. 6. !! . Требуемое быстродействие процессора при формировании кадра РЛИ в реальном масштабе времени за время синтезирования определяется необходимостью выполнить 1К Х„1Ч,к, комплексных операций умножения сигнала на опорную функцию, где 1Ч„= Л1./Ы вЂ” число лучей (разрешаемых элементов) в зоне обзора по азимуту; !с, — количество отсчетов РЛИ на элемент разрешения по азимуту. Кроме того, необходимо выполнить столько же операций сложения и операций вычисле- Системы обра6овви аагналое РСА 1 1 ! ° >ъ 1 Фф о 1 ф и 1 В ! ° д 1 1 ФВ ! о \ х 1 3 К 1 ! 3 1 1 1 3 ! 1 В 3 1 1 ! Я, 1 1 х ° ф~„ о 1 1 Ф > о ! ! 1 3 Ф,В 1 ! 3 ФФ ° И 1 1 1 1 1 < В 3 1 ! 1 ! 1 1 1 3 1 \ 1 ! 1 1 1 $ 1 1 В 1 ! 1 В 3 1 1 1 1 Ф 3 1 В ! 1 1 1 1 В 1 1 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 ! В 1 1 ! 1 В 1 В 1 ! 1 1 1 1 1 Ф ! 1 1 В ! ! 1 1 1 1 1 ! 1 1 1 1 1 1 ! В ! Д! 3.3 о о Д о й О Я И о В!В Глава б ния модуля комплексных чисел.
Следует отметить, что умножение комплексных чисел — операция значительно более сложная, чем их сложение. Поэтому часто быстродействие ЦСО оценивают в количестве комплексных операций умножения в секунду, т.е. операции сложения не учитывают. Добавим к сказанному, что операцию нахождения модуля также не учитывают, поскольку она выполняется по приближенным соотношениям и реализуется достаточно быстро. Таким образом, при формировании РЛИ по кадрам требуемое быстродействие (при Е, = 1) ~а~ ~л~ ~с Т, ЬгЫ (6.10) Ьг=Я=Зм и Г„=! кГц требуемоебы- Для значений ЛЬ=ЛК=Зкм, стродействие процессора Я =1О операций/с .
Требования по быстродействию процессора и объему оперативной памяти могут быть снижены путем введения предварительного фильтра (ПФ), который позволяет уменьшить частоту отсчетов сигнала на входе процессора. Частота повторения зондирующих импульсов выбирается из условия устранения неоднозначности по азимуту, т.е. из условия передачи без искажения всего спектра доплеровских частот траекторного сигнала, имеющего ширину Ме, которая определяется шириной ДН реальной антенны: 180 Г„>Ма= — О япО„= — япО„. 2Ч . 2Ч . (6.11) а С другой стороны, значение Г„ограничено условием однозначного определения дальности: Г„с с/2К„,, где К„, — максимальная дальность действия РСА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
