Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Зто свидетельствует об уменьшении роли боковых лепестков в структуре СФ. Вше меньшую роль 266 они играют для пачки с косянусквадратиой огибающей. В по* следнем случае путем несложных преобразований можно получить и ()) — ~ ' + )Т ~, (4,3.21 з!пз пl(АГ+ 1) Ыя,н)Т„ соз 2н)Ти — соз 2п((з1+!) откуда отношение амплитуд максимальных и минямальных боковых лепестков равно (пря большом А1) 0,56А1зlпз. Таким образом, при синтезе квазиоптямальных фильтров для реальных сигналов следует обращать основное внимание на главные зубья частотной характеристики н уменьшать по возможности уровень боковых зубьев.
4.4. КОГЕРЕНТНОЕ НАКОПЛЕНИЕ 1. Когерентное накопление полностью известного сигнала н сигнала с неизвестной начальной фазой. В радиолокации сигналом с точно известными параметрами является когерентная пачка импульсов с известной начальной фазой этих импульсов, которая прн г" д = О может быть представле.на в виде гм-! э(1)=~ ~ У„,(1 — йт.) Мз(+ рз) з=! (для знания начальных фаз !р должно быть точно известно расстояние до цели). ' Как следует из $ 4.2, п. 1, оптимальный приемник для обнаружения такого полностью известного сигнала на фоне белого шума сводится к СФ на частоте принимаемых колебаний (рис. 4.5), т. е. к радиочастотному фильтру, согласованному с пачкой радиоимпульсов, который состоит из фильтра, согласованного с одиночными радиоимпульсами, и радиочастотного накопителя. Однако технически выполнить такой накопитель сложно.
Поэтому целесообразно после радиочастотного СФ для одиночных импульсов использовать устройство, которое выделяло бы видеоимпульсы без потерь данных об амплитуде и фазе н, следовательно, беэ ухудшения отношения сигнал.шум. Таким устройством является синхронный (фазовый) детектор, у которого в качестве опорного напряжения используются колебания с известной фазой соэ (2пГз1 + гро). При синхронном детектировании происходит линейная операция перемножения опорного н сигнального напряжений, с последующим усреднением (интегрированием). Выходной сигнал такого детектора, как уже говорилось в 2 4.1, п, 6, У,„„= лУ,У, соэ гр, где ~р — фазовый сдвиг между сигналом и опорными колебаниями, а У, и У„,— соответствующие амплитуды.
237 Таким образом, выходной сигнал максимален прн нулевом фазовом сдвиге н равен нулю прн фазовом сдвиге и/2. Прн этом внефазная составляющая шума подавляется. Фактически синхронный прием является разновидностью корреляционного. За синхронным фазовым детектором следует вндеочастотный накопнтель, а затем пороговое устройство (рнс.
4.13, а). а) Рнс. 4ЛЗ. Структуриаи схема оптимальных приемников в случае ко- герентной пачки импульсов: а — с нзвестной начальной фазой. б — с неизвестной начальной фазой (с чвалратурнымн наналамвк с — с нензвестной начальной фазой [с радиоча- стотным наноннтелем) Однако начальная фаза раднолокацнонного сигнала наблюдателю неизвестна, т.
е. разность фаз сигнала н опорного напряжения является случайной н сигнал на выходе может пропадать (прн сдвиге фаз пl2). Иначе говоря, прн неизвестной начальной фазе построить оптимальный приемник по схеме рнс. 4.13, а невозможно. Однако использовать основную идею схемы рнс. 4.13, а с синхронным (фазовым) детектором можно, если применить два канала (рнс. 4.!З,б~, 238 в которых опорные напряжейия синхронных (фазовых) детекторов пропорциональны соз 2п~,! и яп 2пг,(, т. е. сдвинуты по фазе на и/2 (квадратурные каналы).
В каждом из каналов имеется накопитель (устройство межпериодной обработки) и квадратор (устройство возведения в квадрат). Далее после суммирования и извлечения корня сигнал подается на пороговое устройство. Наличие двух каналов позволяет при любом начальном сдвиге фаз сигнала разложить его на косннусную и синусную составляющие, а затем восстановить начальный сигнал, но в видеочастотном тракте. Если фаза такова, что на выходе косинуснвго канала сигнал равен нулю, то на выходе синусного сигнала он будет глаксимальным и наоборот. Так как на выходе каналов образуются сигналы у, = У-соз гр; у, = У соз (гр — пг2) = = Уяп ф, то сигнал )/уг+у! —— У не зависит от фазы принимаемого сигнала (подобно взаимно-корреляционному приеглнику рис, 4.2).
Определенное соотношение между составляющими сигнала сохраняется благодаря когерентности от импульса к импульсу, что и обеспечивает соответствующую эффективность накопления в видеочастотном тракте. Вместе с тем в отличие от схемы рис. 4.!3, а, где действует лишь фазная составляющая шугла, в схеме с двумя квадратурными каналами на выходе сумгвируются глощности фазной и внефазной составляющих шума, так что мощность шума удваивается, что равносильно ухудшению отношения сигнал-шум в два раза, т. е.
иа 3 дБ. Возможна и иная схема оптимального приемника при неизвестной начальной фазе. Как известно из предыдущего, сигнал на выходе СФ достигает максимума в некоторый момент г,. Однако, не зная начальной фазы, можно определить положение максимума только с точностью до периода высокой частоты. Для этого достаточно после СФ поставить амплитудный детектор (АД), выделяющий огибающую и обеспечивающий ее постоянство в пределах периода высокой частоты (рис. 4.)3, в). Детектируется сигнал, у которого отношение сигнал-шум повышено за счет накопления. Поэтому подавление сигнала шумами, характерное для малых отношений сигнал-шум, отсутствует и амплитудный детектор можно рассматривать как линейный.
В данном случае также имеет место ухудшение отношения сигиал-шум на 3 дБ по сравнению со схемой рис. 4.)3,а, так как через приемник проходит результирующая составляющая. шума (4.!.3). При реализации схемы рис. 4.(3,б, например, на промежуточной частоте (ПЧ) возникают тех. нические трудности. Описанные методы реализации оптимального приема когерентной пачки импульсов, т. е. процесс оптимальной обработки такой пачки, называется когереитным приемом или когерентной обработкой, а применительно к межпериодной обработке — когерентным накоплением.
Терминология остается в силе независимо от того, является ли накопление радиочастотным или видеочастогным. 2. Объединение квадратурных каналов по модулю. Метод накопления в квадратурных каналах проще, чем прием с помощью радиочастотного накопителя в тракте ПЧ, но серьезным недостатком его является необходимость возведения сигналов у, и у, после накопителя в квадрат. Заметим, что операция извлечения корня вообще не обязательна, так как выходной сигнал гз = у1+ у' можно сравнивать с пороа ! в гом га Вместе с тем возможно дальнейшее упрощение. На основании того, что при у, ) уз ' р)+Д' ,ж 1у,(+05 (Уз( (4.4.1) можно воспользоваться этим приближением, выбирая боль.
шее из (у,( + 0,5(у, ( и )у,) + 0,5(уД.- Такая операция осуществляется простым логическим устройством, а деление на 2 особенно просто при цифровой реализации, так как выполняется сдвигом числа. Птери в пороговом сигнале по сравнению с операцией Уу~ + у3 равны лишь 0,2 дБ. Еще проще использование суммы ~у,~+ + )у,( или даже большего из двух модулей. При этом потери не превышают 0,75 дБ при 0 = 0,9 и Г = 10-з. Операция взятия модуля легко выполняется в аналоговых устройствах с помощью двухтактного детектора, а в цифровых устройствах — путем простого отбрасывания знака. 3 Корреляционио-фильтровая обработка.
Так как когереитная пачка из радиоимпульсов может быть представлена в виде произведения радиоимпульса длительностью ФТ„, который обозначим з, (1), и периодической последовательности видеоимпульсов длительностью т„ с периодом Т„, которую назовем стробирующей з„р (г) (см. рис, 2.13, б), то сигнал з(1) = з, (1) з„„(Г), откуда интеграл взаимной корреляции 1 х(г)8(Г)й = 1 (х(Г)з р(1)15 (1)г(1 г4О (в данном случае интеграл (4.1.35) может быть записан, как в $ 4.2, п. 1 для СФ, в бесконечных пределах). Таким образом, следует произвести умножение принимаемого сигнала х (1) на стробирующую функцию б„р (1) и далее фильтрацию (интегрирование) с помощью СФ для одиночного радиоимпульса з, (1) длительностью г(Т„ (рис. 4.14, а).
В схеме рис. 4.14, б сигнал с помощью генератора серии сдвинутых друг относительно друга строби- н Юбетр 11) 1) Рис. 4.14, Структуриня схема системы коррсляциоиио-фильтровой обработки: н — вря известием времени запаздывании, б — ври нензвестнам времени за. наздываиии рующих импульсов (ГСИ) стробируется одним из селекторов дальности (СД), пропускающим лишь те его части, которые совпадают с импульсами сигнала, т. е. вне стробирования остаются шумы и помехи. В качестве СФ для радиоимпульса зз (1) целесообразно использовать квазиоптимальиый полосовой фильтр (резонансный контур), настроенный на несущую частоту радио- импульсов (практически это соответствует промежуточной частоте приемника) с полосой пропускания аз|о,=0,41)в* Т,.
Заметим, что в данном случае частота г д известйа. В противном случае требуется многоканальность по частоте. Посту. пающие на фильтр радиоимпульсы длительностью т растягиваются до величины примерно 1р Т„, накладываются один на другой и «огерентно суммируются (рис. 4.15), что и определяет такую же эффективность накопления на фоне шумов, как в схемах рис. 4.13, б, б. После СФ может быть включен амплитудный детектор и пороговое устройство, как в схеме рис. 4.13, е.
Данная система обработки не требует применения весьма сложных устройств, как на рис. 4.9, б, использующих много- 241 отводную линию задержки иа время УТ„. Однако без потерь обрабатываются лишь те импульсы, которые совпадают со стробирующими, т. е, отсутствует инвариантность системы к времени прихода, свойственная СФ, у которых нет элементов с переменными параметрами.
Поэтому для обра- х(г! а х(т/тго (И а Рис. 4.(5. Временнйе диаграммы сигналов при коррелинионно-фильтрОВОй ОбрабстКЕ: Х(Г) — ВХОдиОй СИГНаЛ; ае,а(Г) — СтрвбнрутептИЕ импульсы дла одного канала дальности; р(() — выходной сигнал ботки реальных сигналов с неизвестным временем прихода надо использовать многоканальную систему, изображенную на рис. 4.14, б.
4,5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБНАРУ)КЕНИЯ КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМНИКА 1. Характеристики обнаружения для точно известного сигнала. Вернемся вновь к материалам 24.1. На входе приемника действует сигнал х ((), являющийся случайной величиной. Оптимальный корреляционный приемник вырабатывает функцию взаимной корреляции г сигнала х (() и известного полезного сигнала а (1). Последняя сравнивается с порогом аа = (Е, + А(о 1п (е)!2.
Интеграл г является линейной комбинацией случайных величин х ((), распределенных нормально, и поэтому также является нормально распределенной случайной величиной. Точно так же в СФ сигнал х(г) преобразуется в интеграл у, который с точностью до множителя й, равен интегралу г. Выходной сигнал приемника также является нормально распределенным. 242 Математическое ожидание х(!) = з(г) + и (г) = з(1), так что согласно (4.2.7), (4.5.1) и (4,2.15) (4.5.1) у (!) = ~ х (т) д (1 — т) Дт = з (т) И (1 т) /(т = /'о ]7с (1 !о).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
