Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 46
Текст из файла (страница 46)
В состав приемника современной РЛС входят согласованный фильтр (СФ) одиночных импульсов, устройство межпериодной обработки, накопитель (полосовой гребенчатый фильтр — ПГФ) н устройство оптимальной обработки сигналов движущейся цели на фоне пассивных помех— 263 подавптель в виде режекторного гребепчазого фильтра— РЕФ. Дополнительные устройства защиты от помех, вызываемых гидрометеообразованиями, а также другимн радиосредствами (взаимные помехи) вместе с автоматическим обнаружителем и устройством автоматического съема координат цели образуют обычно единую аппаратуру первичной обработки информации (АПОИ).
Для первичной обработки применяются специализированные аналоговые, дискретно-аналоговые и цифровые устройства, рассматриваемые в настоящей главе(вопросы автоматического съема координат цели рассмотрены в гл. 8). Если первичная обработка осуществляется в РЛС УВД обычно за один период обзора (один оборот антенны РЛС кругового обзора), то при вторичной обработке используется информация от последующих периодов обзора, что обеспечивает определение параметров траекторий цели. Для это. го применяется ЭВМ с гибкой программой.
2. Общие сведения об автоматическом обнаружении. Автоматический обнаружптель — устройство для принятия решения о наличии или отсутствии полезного сигнала на выходе радиолокационного приемника после оптимальной обработки без участия человека-оператора. Наиболее широко распространены обнаружителу с фиксированным объемом выборюь Объем выборки определяет число наблюдений, равное для РЛС кругового обзора числу импульсов в пачке Л~.
При л элементах разрешения этому соответствует Фа информационных точек наблюдения. Исходя из минимума среднего риска было сформулировано (~ 4.1) правило принятия решения по превышению отношением правдоподобия некоторого порогового уровня в соответствии с критерием Неймана — Пирсона. Как правило, в радиолокации применяются миогоальтернатнвные обнаружнтелп, дающие решение о наличии илп отсутствии цели для каждого элемента разрешения.
В автоматических обнаружителях РЛС используются цифровые вычислительные операции, в которых функции устройства межперподной обработки и решающего устройства переплетены. Поэтому часто межперподная обработка осуществляется дважды: в самом радиолокационном приемнике, а затем в обнаружителе. Замети1м, однако, чзо последняя обычно является упрощенной. Как правило, в таких цифровых обнаружнтелях применяется квантование на'два уровня (бинарные обнаружнтели). При этом счетчик подсчитывает число превышений порога. Решение о наличии сигнала принимается, когда число пре2Б4 вышений больше заданного числа (порога) прп данном числе наблюдений.
Решение об отсутствии сигнала (наличии только шума) принимается, если пороговое число превышений не достигается. При сканировании антенны для каждого элемента дальности выделяется «окно», захватывающее )т" периодов повторения, причем более старая информация «стнрается» по мере поступления новой. Такой метод реализуется в обнаружителе типа «движущееся окно». Следует отметить у рассматриваемых обнаружителей сильную зависимость вероятности ложной тревоги от закона распределения вероятностей помехи. В связи с необходимостью фиксации вероятности ложной тревоги (критерий Неймана — Пирсона) требуется специальная стабилизация вероятности ложной тревоги.
Это определяет класс параметрических обнаружнтелей. Обнаружители, у которых вероятность ложной тревоги постоянна в пределах заданного класса распределений вероятностей, именуются не- параметрическими. Выделяют также класс адаптивных обнаружителей, изменяющих свои параметры для поддержания какой-либо рабочей характеристики. Простейшим примером таких обнаружителей как раз и являются устройства стабилизации вероятности ложной тревоги. Если объем выборки (число импульсов в пачке) заранее не фиксируется, а изменяется случайно в зависимости от данных наблюдения, то обнаружитель именуется последовательным.
В этом случае используется РЛС с меняющейся скоростью сканирования. 5.2. НАКОПИТЕЛИ С ДИНАМИЧЕСКОЙ ПЛМЯТЫО 1. Основные свойства аналоговых накопителей на линнях задержки с рециркуляцией. Аналоговая форма сигнала в отличие от дискретной (цифровой) предполагает сохранение его в виде практически непрерывнойфупкцпи времени. Дискретная же форма сигнала предполагает получение значений сигнала в дискретные моменты времени (дискретизация по времени) н разбиение этих значений на несколько уровней (квантование по амплитуде). В $ 4.3 было доказано, что СФ для пачки импульсов состоит нз СФ одиночного импульса пачки н накопителя группового действия. Частотная характеристика последнего для пачки с прямоугольной огибающей согласно (4.3.11) при У„=- 1 имеет вид «г г( (ы) ~~~ е- в«»гп. (5.2.!) »г В 285 Кх(со) = ~ е Ра п=1/(1 — е '" ).
а=о Устройство с такой характеристикой может состоять из цепи с положительной запаздывающей обратной связью (рнс. 5.1, а). з® )та(г-г! ясар ь ч га и! рта(а-г аааФ / Рис. а.2. Циркуляция пачки импульсов в накопителе по схеме рис. ЗЛ, а Рис. ая. Варианты схем накопителей на ЛЗ с репнрку- ляпней Предполагается, что в схеме рис. 5.1, а ЛЗ на время задержки Т„ с частотной характеристикой е ™ и н сумматор имеют бесконечно широкие полосы пропускания. Все элементы предполагаются однонаправленными.
Так как коэффициент обратной связи 5 =- 1, то система делается неустойчивой, т. е. является генератором с запаздывающей обратной связью и поэтому не может работать в качестве накопителя. Чтобы сорвать генерацию, целесообразно посредством прерывателя и специального управляющего устройства замыкать цепь обратной связи лишь на время действия пачки импульсов (рис. 5,1, б).
Пока цепь обратной связи замкнута, 26В Подобную характеристику (рис. 4.11) можно получить с помощью многоотводной линии (ЛЗ) с временем задержки (Ф вЂ” 1) Т, или с помощью М вЂ” 1 линий, каждая из которых создает задержку Т,. Однако при Ф-+ оо характеристика (5.21) описывается выражением то благодаря многократной циркуляции, сопровождаемой суммированием отдельных частей сигнала после каждой циркуляции, происходит групповое накопление, характеризуемое функцией (5.2.1). Так как при этом момент прихода пачки импульсов заранее неизвестен, то нельзя знать требуемое время замыкания цепи обратной связи. Если же осуществлять периодическое размыкание, то нз-за случайного характера времеви прихода пачки будет заметно ухудшаться отношение сигнал-шум.
Чтобы избежать самовозбужденпя, достаточно в схеме рис. 5.1, а снизить коэффициент положительной обратной связи р до величины, меньшей единицы, но близкой к ней (рис. 5.1,о). Если на входе такой цепи действ)ют сигнал и шум х (!), то возникает многократная циркуляция и на выходе образуется серия сигналов х (! — АТ„), которые задержаны на время йТ„(где А — целое число) н умножены на коэффициенты р~. Съем сигналов может производиться с выходов 1 или 2. В первом случае образуются сигналы х (!' ~х (! — Т„), (Рх (1 — 2Т„),...
~к-' х (! — (йà — 1) Т„1, поэтому суммарный сигнал на выходе Х(1) = ~чГ', (Рх(! — йТ„) (5.2.2) э=о (если сигнал снимается с выхода 2, импульсы сдвигаются на время Т„). Сказанное иллюстрируется рис. 5.2 для циркуляции пачки видеонмпульсов э (1) (без шумов). Множители (Р при р ж 1 равны (5.2.3) Иначе говоря, амплитуды циркулирующих импульсов умножаются при каждой циркуляции на экспоненциальные множители. После А циркуляций весовой коэффициент становится равным е-ы — ">~, где й = О, 1, 2, ... Поэтому накопители с рециркуляцией, или рециркуляторы, относятся к классу экспоненциальных.
Время накопления Т„, определяющее число эффективно накапливаемых импульсов У,э, можно условно определить как время, за которое весовой коэффициент спадает вдвое. Соответственно ехр ! — (1 — р) йГ,ф! = 0,5, откуда Л/эф = 0,7/(! — ~)' Тд = ХэфТи (5 2 4) Найдем выигрыш в отношении сигнал-шум рассматриваемого накопителя по сравнению со случаем одиночного импульса.
Если на накопитель действует пачка из 1Ч оди- 267 иаковых импульсов, имеющих единичную амплитуду, то максимальная амплитуда импульсов на выходе после У вЂ” 1 циркуляции (см. рнс. 5.2) равна 1 — йн =,2, =! — в юю— ою — ~~~~ ()2ю— 1 — 6* (5.2.6) Так как по условию отношение сигнал-шум на входе накопителя для одиночного импульса равно 1/1 = 1, то выигрыш в отношении сигнал-шум, как следует из (5.2.5) и (5.2.6), равен Аю, 1+6 рм = =(1 ()Г) (5.2.7) ою 1 — б Для достаточно большого числа накапливаемых импульсов (при У-ю со) выигрыш стремится к = (1 + ())/ (1 — 1), (5.2.8) т.
е.происходит анасыщениею. Зависимости ря от У и от р представлены на рис. 5.3. При этом определенные значения коэффициента обратной связи р, обеспечивающие максимум рм, являются оптимальными. Учитывая, что р е — т, где у = 1 — р, представим выигрыш рл в виде (5.2.9) рл ж 2 (1 — е — "«)ю/у. Максимум рн определяется из уравнения ю(рм/йу = О, которое сводится к трансцендентному уравнению 2Ууе-"т= = 1 — е — "т. Решение этого уравнения графическим методом дает (Уу),, = 1,26, откуда 6„, = 1 — (1,26/У). (5.2.10) 288 К моменту достижения максимальной амплитуды сигнала число циркуляций шума, который существует задолго до сигнала, можно считать бесконечно большим.
Если принять дисперсию шума на входе накопителя равной единице, то дисперсия шума при его циркуляциях соотнетственно равна 6ю, 11', ..., ()юю, ... фю — коэффициент обратной связи по мощности). Поэтому результирующая дисперсия шума Подстановка р„„, в (5.2.9) дает р,„,„= 0,815 И, (5.2.1!) т. е. коэффициент потерь по сравнению с идеальным накопителем равен 0,815, что полностью совпадает с потерями квазиоптимального фильтра в виде резисторного усилителя с онтимальной полосой по сравнению с СФ для одиночного прямоугольного импульса !формула (4.3.6)).
! О га га аа л а) га 7а г а аг оа аа ав а 4 ' Рне. Б.З. Выигрыш в отношении сигнал — шуы экспоненциального накопителя (рециркулятора) 969 Таким образом, экспоненциальный накопитель с оптимальным коэффициентом обратной связи хуже, чем идеальный накопитель группового действия кзк с точки зрения отношения сигнал-шум, так и по чувствительности для случая когереитного приемника, лишь на 10 1я (1/0,815) = = 0,89 дБ.
Чем ближе коэффициент обратной связи к единице, тем больше число импульсов, удовлетворяющих условию оптимального накопления. Рассмотрим частотные свойства экспоненциального накопителя. Из схемы рис. 5.1, а(выход /) для комплексных амплитуд следует -и г„ (/,„, = и„+ (1(),„„е где е ~"~я — коэффициент передачи ЛЗ с задержкой Т„ откуда К(а)=(/,„ /У„=1/(1 — 5е ~ г ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
