Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Предварительный фильтр можно использовать либо когда есть запас по частоте повторения: Г„> Мо, либо когда можно снизить требования к разрешающей способности или числу некогерентных накоплений: Ма <М . При кадровом алгоритме формирования РЛИ требуемая полоса обрабатываемых частот траекторного сигнала определяется числом лучей в зоне обзора: М = Х„Ы = Х„/Т, . При ТО число лучей зависит от отношения ширины зоны обзора ЛЬ и разрешения по азимуту Ы: 1Ч„= ЛЬ/Ы и не зависит от числа некогерентных накоплений, так как накопление осуществляется путем сложения полных кадров РЛИ одного и того же участка местности, полученных на Гистемы обработки оигналоо РС4 соседних интервалах синтезирования.
Если зона обзора по азимуту опреде- ляетсявсейширинойДН(т.е. М, =К„О ),то М,=М . При ПБО число лучей )Ч„и число некогерентных накоплений Х„ )Ч„ХК„ взаимосвязано: Ъ1„= " ", поэтому 2И~ 1Ч„У яп0„1ча ье (6.! 2) где 1Ч„„= Хо/Х, = 2Ы~6 — максимально возможное число некогерентных накоплений, которое зависит от отношения максимально возможного размера синтезированной апертуры Х, (определяемого шириной ДН О, ) и размера синтезированной апертуры Х„необходимого для получения заданного разрешения по азимуту. При выполнении максимально возможного числа некогерентных накоплений при ПБО получим также, что М = М .
При построчном алгоритме формирования РЛИ и ПБО на каждом интервале синтезирования формируется И„лучей, разнесенных по азимуту на размер синтезированной апертуры Х,. При этом максимальное значение полосы обрабатываемых частот при максимально всвможном числе некогерентных накоплений, как и при кадровом алгоритме, равно ширине спектра всего траекторного сигнала М . Это объясняется тем, что в дан- ном случае синтезированные лучи должны перекрывать зону одновременного обзора, определяемую шириной ДН реальной антенны. Таким образом, если требуемая полоса частот обрабатываемого сигнала М,6 < Р„, то, используя в устройстве предварительной обработки полосовой фильтр (ПФ) для ограничения ширины спектра траекторного сигнала полосой частот М,6 (рис. 6.12,а), на выходе такого фильтра можно брать выборки сигнала с частотой Рпф.
Эта частота меньше, чем Р„, что позволяет снизить требования к объему памяти и быстродействию ЦП. Допустимая частота выборок преобразованного траекторного сигнала на выходе ПФ будет определяться выражением 1 пФ~ ~л Р ="пМ-= Т с (6.13) где оп, — коэффициент запаса по частоте выборок, который определяется допустимым уровнем перекрытия боковых лепестков спектра сигнала на выходе ПФ (см.
рис. 6.12,а). 181 Глава б Форма отдельных участков спектра преобразованного сигнала и уровень их перекрытия будут различными в зависимости от сложности фильтра и вида весовой функции. Коэффициент (спф обычно изменяется в пределах !...2 при уровнях перекрытия — 50... — 30 дБ. В простейшем случае обработка сигнала в ПФ может сводиться к простому суммированию отсчетов в течение времени Тпф =1/Г -2Гвв -гвв О а) Гпв Жи при этом число суммируемых отсчетов 1чпо — — Т„в/Т,= Х 2К„( 2 ) 4 Отсюда ГПФ мин 1 пф мин 2Ч яп О„ " . Заметим, что Тп,р„соответ- ХК„ ствует предельному времени синтезирования при нефокусированной обработке сигнала — режиму ДОЛ.
182 Гп/Гпф . Если при этом ин тервалы времени, на которых происходит накопление сиг- ~ 'и' нала, не перекрываются, ПФ называется одноканальным. Такое суммирование позвоРис. 6.12. Спекгр траекторного сигнала (а) ляет понизить часготу отсчеи траекторный сигнал на входе н выходе предварительного фильтра (1Чпф = 3) (б) сохранении однозначности РЛИ по азимуту.
Простое суммирование возможно, пока не нужно учитывать квадратичное изменение фазы сигнала в течение времени суммирования Тпф . Если считать допустимым изменение фазы на краях интервала Тпф (по сравнению с его серединой) на п/4, то минимальную частоту Гпф „„„можно найти из соотношения Системы обработки сигналов РСА Для дальности К„=100 км и угла наблюдения 9„= 30', Ч = 250 м/с, Х = 3 ем значение Г„, „составляет 3,2 Гц. Если требуемая полоса М = М, то при 1сп — — 1 получим, что 2У(япО„)О 2УяпО„ пэ о— Х д, (6.14) что в Ов„ф„/2Х раз больше, чем Гпф „„„.
Если размер антенны, скорость носителя, угол наблюдения и дальность зоны обзора соотносятся так, что имеется запас по частоте повторения: Г„>М, то возможно использование ПФ для устранения этой избыточности. Будем полагать, что как для ТО, так и для ПБО М, =М,, поэтому Г„=М,. Значение Г„зависит от угла наблюдения (б.!4] и в рассматриваемом примере (Ч = 250 мlс, д, = 1 м ) может составлять величину от 250 Гц при 9„= 30' до 500 Гц при 9„= 90' . Число отсчетов, накапливаемых в ПФ, Г„Г„Х Г„Й, Г„2У(япО„)О 2УяпО„ (6.15) Для рассматриваемого примера, когда Г >ЬВ (Г„=! кГц, 1~ = Зсм, д,= 1м, Ч= 250 мlс, 9„= 30', ЬГ, = 250 Гц ) получим !Ч„о = 4, т.е.
число отсчетов сигнала уменьшается в четыре раза. 183 Работа простого одноканального ПФ для одного разрешаемого элемента дальности показана на рис. 6.12,6. Цифровой сигнал ц(п) поступает в ПФ с частотой Г„. В ПФ реализуется операция Х„ф цпф(ъ') = ~~У ц~(~' — 1)1Ч„ф+ п~, в=! где цпф(ч) — цифровой сигнал на выходе ПФ. Надо иметь в виду, что накопление сигнала должно производиться одновременно в синфазном и квадратурном каналах. Часто оказывается возможным снизить требования к быстродействию системы предварительной обработки сигналов. Обычно ширина зоны обзора по дальности оказывается значительно меньше максимально возможной по условию однозначности дальности.
Это означает, что период повторения гораздо больше времени приема сигналов, отраженных Глава б от заданной зоны обзора. В этом случае запись сигналов в систему памяти в каждом периоде повторения может производиться в течение этой малой части периода, а считывание возможно в течение всего периода. При этом частота считывания снижается во столько раз, во сколько период зондирования больше времени приема сигналов, отраженных от заданной зоны обзора.
Реализация этого алгоритма требует введения дополнительного быстродействующего буферного запоминающего устройства между АЦП и ПФ. Структурная схема ЦСО с предварительной обработкой показана на рис. 6.13. Цифровой траекторный сигнал в каждом периоде зондирования запоминается в буферном ЗУ (БЗУ) до прихода нового сигнала в следующем периоде зондирования. Емкость БЗУ Мвз~ = 2Хкс Ацп . Скорость записи в БЗУ определяется частотой выборок АЦП Р „и, а частота считывания равна Ы„Г„.
Раком раелы пе 1-в этап Цифровая система обработки Рис. 6.13. Структурная схема цифровой РСА В ПФ накапливается Хпф отсчетов сигнала в каждом канале дальности. В состав ПФ входят сумматор и блок памяти (ЗУ ПФ), в котором накапливается и хранится сигнал. Емкость ЗУ ПФ Мпф определяется конкретным типом ПФ. Для одноканального ПФ: Мпф — — 21Чр1Чпфспф, где 1'п,а — число разрядов двоичного представления сигналов на выходе ПФ.
Накопление сигнала в ПФ приводит к расширению динамического диапазона цифрового сигнала на 20!л 1~1пф, что требует увеличения разрядности на (201КИп, )/б, т.е. спф — — 1Ацп+(20!ИХ„ф)/б. БЗУ, ЗУ ПФ и сумматор реализуют первый этап обработки. Для устранения средней доплеровской частоты траекторного сигнала перед Снстеим обработки сигналов РСА Обьемы памяти БЗУ и ЗУ ПФ составляют незначительную часть общей оперативной памяти ЦСО. Так, в рассматриваемом примере, где Х„=ЬК/Ьг=1000, 1Чпе=4,г„цп=8 бит,объем памяти М =2Кбайт,а М„=10 Кбайт. При оценке объема памяти необходимо учитывать увели- чение требуемого числа разрядов после накопления сигнала в ПФ: М„=21Ч„1Ч ~„=21Чк1Ч ~„п+ — — "'Уьаке,~~ + - — — -"'УЬгМ.
20181ч 1 ( 2018х 1! Для рассматриваемого примера (йК= 3 км, К„= 100 км, Х = 3 см, г1, = 1 м, г' „цп = 8 бит, 1Чпф = 4 и бг = бт = 3 м) получим Мзт = 2,5 Мбайт. Требования к г4СО по быстродействию при использовании ПФ также уменьшаются. При одноканальном ПФ с равномерной весовой функцией на первом этапе в течение периода повторения должно быть выполнено Х комплексных операций (одно сложение и одно вычитание). При этом скорость поступления данных с выхода фильтра на процессор определяется частотой выборок Рпе,. Требуемое быстродействие второго этапа уменьшается благодаря уменьшению количества обра- 1 ~а батываемых отсчетов с 1ч, до 1Ч„= ' .
Так, при Е, =1 (6.10) ПФ 1'1~Я,)ч„/Т, Х„1~1„Х„Л~ Л1. Р„ Опф— 1 ~ПФ Тс Ьг Ы 11ПФ (6.16) В данном примере Хпа,=4, поэтому требуемое быстродействие уменьшается в четыре раза и составляет 250 млн операций/с. 186 ПФ устанавливается цифровой смеситель (ЦС), на который с цифрового гетеродина (ЦГ) подается сигнал с частотой Т = 2ЧсозО„/Х. Значение 1'„г рассчитывается в вычислителе опорной функции по данным о скорости носителя Ч и положении зоны обзора 0„. Выходной сигнал ПФ запоминается в ЗУ на интервале синтезирования для дальнейшей обработки.
Число отсчетов сигнала каждого канала дальности, хранящегося в блоке ЗУ, равно Х„. Далее в ЦП производится вычисление сигнала РЛИ, при этом опорная функция определяется по данным, поступающим от навигационных датчиков (НС) в зависимости от режима работы РСА. С выхода ЦП РЛИ поступает в систему отображения. Некогерентное накопление изображений может осуществляться как в ЦП системы обработки, так и в системе индикации. Глава б Заметим, что при Рп, — — Мв число отсчетов сигнала на выходе ПФ ')Ч„= Ы„, поэтому при кадровом алгоритме и таком выборе полосы ПФ требование по быстродействию ЦП, в котором реализуется кадровый алгоритм при непосредственном вычислении соотношения (6.8), может быть записано в виде Х 1Ч~ /ъК ОвК„2У(япО„)О ЛК М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
