Кондратенков Г.С. Радиовидение (2005) (1151787), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Т, Ьг И Х бг Ы Величина задержки информации и требования к быстродействию ЦСО определяются также способом обработки спгнала в процессоре. При этом основным направлением снижения объема вычислений в ЦП является использование при обработке сигналов алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ).
В этом случае большинство способов сводится к такому преобразованию траекторных сигналов (фокусировка, компенсация центральной частоты, учет изменения ширины спектра, компенсация задержки огибаюшей), в результате которого каждый траекторный сигнал представляет собой гармонический сигнал определенной частоты, состояший из )ч, отсчетов цифровых сигналов в каждом элементе дальности. Обработка таких сигналов сводится к многоканальному по дальности спектральному анализу, выполняемому методом БПФ.
При использовании зондирующих сигналов с ЛЧМ удается так преобразовать траекторные сигналы, что внутрипериодная и межпериодная (траекторная) обработки осуществляются одновременно путем использования алгоритма двухмерного БПФ. Типовые способы обработки сигналов в РСА. В настоящее время известно множество способов обработки сигналов в РСА. Типовыми из них являются: прямая свертка, быстрая свертка и гармонический анализ.
1. Способ прямой свертки (ПС) заключается в непосредственном вычислении выражения (6.8) для каждой точки картографируемой поверхности, в которой определяется значение РЛИ. При равномерном прямолинейном движении ЛА выражение (6.8) переходит в уравнение типа свертки (отсюда и название способа). Например, при ПБО алгоритм формирования одного синтезированного луча в направлении наблюдения О„можно записать в виде Тс /2 1(х,) = -Тс/2 где х, и т, = х,/Ч вЂ” соответственно пространственный и временной сдвиг текушего интервала синтезирования относительно начала системы координат.
Величина х, в этом случае является координатой РЛИ по азимуту. 186 Системы обработки сигналов РСА Вмх Запись ! 2 3 Хв и) Н- или в) Рис. 6Л4. Структурная схема алгоритма обработки траекторного сигнала способом прямой свертки (а), быстрой свертки (6) и гармонического анализа (в) В простейшем случае ПБО (О„= 90' ) и режима ДОЛ, когда не учитывается квадратичное изменение фазы, опорная функция представляет собой весовую функцию %(() и алгоритм обработки сводится к сумми- 187 Способ прямой свертки может быть использован при любом виде обзора и обеспечивает высокое качество РЛИ, однако требует значительных затрат на формирование РЛИ каждого элемента разрешения отдельно.
Поэтому он применяется в основном при ПБО с построчным формированием РЛИ. Структура алгоритма для формирования одного синтезированного луча способом прямой свертки при ПБО показана на рис. 6.!4,а. Сигнал с выхода ПФ записывается в ЗУ строками по дальности, а считывается строками по азимуту. После считывания вычисляется в дискретном виде выражение (6.8), при этом опорная функция определяется значениями 0; и К, каждого элемента разрешения.
Глава 6 Поскольку при таком алгоритме число лучей Х, равно требуемому числУ некогеРентных накоплений Х„, полУчим, что в слУчае РпФ вЂ” — Мо () =)Ч )Ч ТР' = — )Ч вЂ” '" ' " = ')Ч вЂ” И (618) ПС К н с ПФ О н ~~ ) Об н О 0 При реализации максимально возможного числа некогерентных накоплений )Ч„ = 25~/д, и РпФ вЂ” — М„ Л~ Ю К„2У0 я!П0„2ЛЬ ЛК Ьг с), Х д, бг (б.!9) Для рассматриваемого примера, в котором !И=Змч, К„= 100км, Ьг=Зм, Ч = 250 м / с, 0„= 30', Х = 3 ем, а ширина ДН В = Х/д, = 0,03, величина Я, =1500 млн операций/с.
Увеличение требуемого быстродействия в шесть раз по сравнению с обработкой сигнала способом ПС при кадровом алгоригме (6.17) в тех же условиях ( г = й,') обусловлено формированием 1~. =АД =6 лучей для обеспечения некогерентного накопления изображений. Если некогерентное накопление при строчном алгоритме отсутствует (формируется один луч в направлении, совпадающем с максимумом реальной ДН), то Ьг 2(Ы)з (6.20) 108 рованию с учетом весовой функции синусной и косинусной составляющих траекторного сигнала; ~с Ыс ннн~ !с„); В=~н„с~в(с„); ~= lС'+с'. н=! п=! При поступлении с выхода ПФ нового отсчета сигналов полоски дальности первый отсчет в ЗУ «стирается», а все остальные сдвигаются в сторону первого. Поступивший отсчет записывается в освободившуюся ячейку и вычисляется новый отсчет РЛИ.
Таким образом по мере полета ЛА формируется РЛИ полосы местности. Для получения одного отсчета РЛИ во всех каналах дальности необходимо выполнить )Чпс =Х 1Ч„Х„комплексных умножений. Для формирования РЛИ в реальном масштабе эти операции должны выполняться за интервал времени между поступлениями отсчетов с ПФ: ТпФ = 1/Р„ф . Поэтому требуемое быстродействие спс 1 ~К~ ~н~ ~лРПФ 1 ~К~ ~лТс~ПФ ПФ Системы обраоотки сигналов РСА Как видно из приведенной формулы, при обработке сигнала способом прямой свертки и строчном алгоритме с одним синтезированным лучом (без некогерентного накопления) требуемое быстродействие растет пропорционально третьей степени разрешающей способности РСА по азимуту.
Для рассматриваемого примера (ЛК=Зкм, Ьг=Ы=Зм, К„=100км, 1~=3см, Ч=-250мlс и 9„=30') требуемое быстродействие составляет 20,8 млн операций/с. В случае формирования одного луча расстояние между отсчетами РЛИ по оси Х: ЛХ = ЧТпв, — — Ы/япО„. В частности, при боковом обзоре Ах =ос. Напомним, что при отсутствии ПФ ЛХ= ЧТ„<Ы, т.е.
применение ПФ с полосой пропускания Рп = Чяпб„/Ы при строчном алгоритме позволяет обеспечить необходимый шаг по РЛИ. 2. Способ быстрой свертки (БС) представляет собой реализацию способа прямой свертки в частотной области. Способ основан на том, что свертке двух функций и(1) и Ь(1) во временной области соответствует преобразование Фурье от произведения спектров этих функций: Ф(Цт)~ =Ф(и(1)~Ф(Ц1)~, где Ф( ~ — символ преобразования Фурье. Как видно из приведенного выражения, при обработке сигнала способом быстрой свертки (БС) вычисляются прямые преобразования Фурье входного сигнала п(1) и опорной функции Ь(1) в пределах интервала синтезирования. Полученные в результате этих преобразований спектры перемножаются, после чего результирующий спектр подвергается обратному преобразованию Фурье.
Модуль обратного преобразования Фурье является сигналом, определяющим РЛИ (рис. 6.14,6). Все перечисленные преобразования представляют собой дискрегпные преобразования Фурье (ДПФ), которые обычно реализуются на основе алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ). Поэтому свертку в частотной области называют высокоскоростной' или быстрой. Однако эффективность быстрой свертки достаточно высока лишь в том случае, если преобразование (6.8) сводится к преобразованию типа свертки.
Поэтому этот способ целесообразно использовать при ПБО и равномерном прямолинейном движении носителя. Для реализации выражения (6.8) в частотной области при цифровой обработке сигналов должна быть реализована так называемая линейная свертка. При этом, строго говоря, число отсчетов как сигнала, так и опорной функции должно быть бесконечным. Реально же обрабатывается конечное число отсчетов. Произведение ДПФ двух функций с конечным числом отсчетов соответствует так называемой кольцевой свертке.
189 Глава 6 Одно из свойств кольцевой свертки состоит в том, что при Х„отсчетах входного сигнала лишь один выходной отсчет соответствует линейной свертке (1Ч =1), т.е. является «правильным», а все остальные— «неправильные». Для того чтобы с помощью кольцевой свертки получить 1Ч„~ >1 «правильных» отсчетов, число отсчетов входного сигнала необходимо расширить до величины Х = Х„+(Я вЂ” !) . При этом число отсчетов опорной функции нужно увеличить до той же величины путем добавления нулевых по значению отсчетов.
Поэтому при быстрой свертке, в отличие от обработки сигналов способом прямой свертки, в ЗУ накапливается не 1Ч„отсчетов, а на Х„~-1 больше. После считывания 1Ч„+(Х„~-1) отсчетов сигнала поступают в процессор БПФ, на выходе которого формируется столько же отсчетов ДПФ. Опорная функция дополняется (1Ч вЂ” 1) нулевыми отсчетами, заранее преобразуется с помощью процессора БПФ в Х„+ (1Ч„~ — 1) отсчетов ДПФ и хранится в постоянной памяти (ПЗУ) в виде комплексных коэффициентов. Далее ДПФ сигнала и опорной функции перемножаются, и результат перемножения преобразуется методом обратного БПФ (ОБПФ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
