Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Выделен момент времени т„соответствую- и щий максимуму выходного сигнала, фиксируемый с помощью решающего устройства. К смещению максимума, т. е. к ошибке измерения, приводит наличие шума. з'И Вычисление корреляционного интеграла корреляционными или корреляционно-фильтровыми уст- Рис.5.4. Структурная схема корреляциройствами влечет необходимость онного измерителя дальности применения многоканальных измерителей. На рис. 5.4 представлена структурная схема корреляционного измерителя, который содержит набор каналов, настроенных на различные времена запаздывания с шагом 5т. По сигналу и,„решающее устройство осуществляет выбор канала с максимальным выходным напряжением. Информация о времени запаздывания принимаемого сигнала заложена в номере этого канала.
Среднеквадратическая ошибка измерения запаздывания определяется, в основном, шумами приемного устройства и шагом Ьт. Для реализации точности измерения, близкой к потенциальной, шаг г!т должен быть как минимум в 3 — 5 раз меньше разрешающей способности РЛС по дальности. При таком выборе шага отраженный от цели сигнал присутствует в нескольких соседних каналах. Это дает возможность дополнительно повысить точность измерений, для чего необходимо осуществлять параболическую аппроксимацию выходных данных в окрестности максимума, используя информацию об амплитуде сигналов в соседних каналах, а за оценку времени запаздывания принимать координату вершины аппроксимирующей функции.
5.2.2. Неследящие измерители скорости Радиальную скорость цели обычно оценивают по результатам измере- ниЯ доплеРовского сдвига частоты Рд отРаженного сигнала. ДлЯ полУчениЯ оценки гд необходимо по принятой реализации вычислить модуль (либо квадрат модуля) комплексного корреляционного интеграла как функцию доплеровской частоты и найти аргумент (частоту), соответствующий максимуму этого модуля. В общем случае неследящий измеритель скорости состоит из 1 каналов, каждый из которых содержит согласованный фильтр 24! 5. Основы теории изиерения параметров сигнапов (Сф), настроенный на соответствующее значение доплеровского сдвига частоты, и амплитудный детектор.
По номеру канала, на выходе которого амплитуда сигнала максимальна, оценивают доплеровскую частспу. При этом расстройка соседних частотных каналов должна быть как минимум в 3 — 5 раз меньше разрешающей способности измерителя по частоте. Для реализации точности измерения, близкой к потенциальной, по соседним отсчетам в окрестности максимума следует осуществлять параболическую аппроксимацию выходных данных, а за оценку доплеровского сдвига частоты принимать соответствующую координату вершины аппроксимирующей функции.
5.2.3. Совместное измерение запаздывания и доплеровского сдвига частоты Устройство, предназначенное для совместного измерения запаздывания и доплеровского сдвига частоты, должно формировать функцию правдоподобия (или логарифм от нее) в интересующем нас диапазоне изменения оцениваемых параметров, а в качестве оценки принимать те значения, при которых эта функция имеет максимум. На рис. 5.5, а представлен пример обобщенной структурной схемы такого устройства.
Оно состоит из к каналов, перекрывающих весь ожидаемый частотный диапазон доплеровского сдвига частоты сигнала цели. Каждый канал настроен на определенную частоту, обеспечивает согласованную обработку сигнала с фиксированным доплеровским сдвигом и включает согласованный фильтр и детектор огибающей. На выходе каждого канала (см. рис, 5.5, б) формируется функция правдоподобия по задержке для фиксированной частоты.
Сигнал на выходе всего устройства воспроизводит функцию правдоподобия в координатах «запаздывание †доплеровск сдвиг частоты» в заданной области изменения параметров т, Г, Поскольку исходный процесс — сумма полезного сигнала и шума, выходной сигнал содержит три компонента. Первый компонент соответствует сигнальной составляющей. Его амплитуда зависит от мощности принимаемого сигнала, форма определяется функцией рассогласования, а координаты т, Р максимума соответствуют параметрам сигнала, отраженного от цели. Второй и третий компоненты обусловлены шумом и взаимодействием сигнала и шума при обработке.
Онн являются случайными, приводят к смещению максимума и, следовательно, к ошибкам измерения. Если бы функция рассогласования сигнала имела один очень узкий центральный пик (см. рис. 4.10) и амплитуда сигнальной составляющей существенно превышала шумовую, то шум практически не влиял бы на положение максимума и, следовательно, не приводил бы к ошибкам измерения. Возможным приближением к такой функции может рассматриваться функция рассогласования сигнала в виде одиночного прямоугольного импульса 242 5.2.
Измерение параыетров радиолокационных сигнатов хтвых1(г) Нй канал раых2(г) 2-й канал доплеровский сдвиг частоты сигнала соответствует частоте настройки согласеваииега фильтра тга хйГ) тз рвыха(г) Рис. 5.5. Обобщенная структурная схема измерителя запаздывания и доплеровского сдвига частоты (о) и эпюры сигналов на выходах каналов (о) длигельностью т„. Она имеет единственный пик, ширина которого по оси т прямо пропорциональна, а по оси г" — обратно пропорциональна длитель- 243 5.
Основы теории измерения параметров сигналов ности импульса. Поскольку протяженность пика конечна, шум приводит к смещению максимума функции, т. е. к ошибкам измерения. При регулярных измерениях ошибки лежат в окрестности главного максимума, определяемой параметрами импульса.
Уменьшение, например, длительности импульса приводит к уменьшению ширины пика функции рассогласования по оси т. При этом точность измерения времени запаздывания возрастает. Однако возрастают ошибки измерения частоты, поскольку ширина пика функции рассогласования по оси г" увеличивается. Таким образом, варьируя единственным параметром — длительностью импульса, можно влиять на ошибки измерения дальности (скорости), однако уменьшение ошибок измерения по одной координате приводит к увеличению ошибок измерения по другой. Если требуется одновременно уменьшать ошибки измерения и дальности, и скорости, необходимо переходить к сложным сигналам, например когерентным импульсным последовательностям.
Анализ функции рассогласования сигнала данного типа (см. рис. 4.5) показывает, что ширину главного пика по оси частот, а следовательно, и ошибки измерения частоты, можно уменьшить, увеличив длительность последовательности. Укорачивая импульсы, можно уменьшить ширину главного пика по оси времени. Таким образом, увеличивая длительность последовательности и ширину спектра импульсов, можно уменьшать площадь области высокой корреляции функции рассогласования сигнала в окрестности максимума, что дает возможность одновременно повысить точность измерения и времени запаздывания, и доплеровского сдвига частоты.
Однако платой за это является появление побочных пиков функции рассогласования, что может приводить к грубым ошибкам измерений. Рассмотрим гауссовский импульс с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Смещения максимума выходного сигнала, обусловленные шумами, при регулярных измерениях лежат в области высокой корреляции функции рассогласования. Анализ свойств функции рассогласования этого сигнала, проведенный в гл. 4, показывает, что увеличение тя и сУ. приводит к уменьшению ширины сечения области высокой корреляции по осям т, Р одновременно.
Однако частотная модуляция изменяет область высокой корреляции функции рассогласования сигнала, При этом протяженность проекции области высокой корреляции на ось т остается фиксированной (см. рис. 4.8), поэтому точность измерения запаздывания не изменяется. Протяженность проекции области высокой корреляции на ось р увеличивается. Это при определенных условиях может привести к ухудшению точности измерения частоты. Более подробно влияние параметров сигналов на точность измерения координат цели рассмотрим в з 5.5.
244 5.3. Следящие измерители дальлости и доилеровокого сдвига частоты 5.3. Следящие измерители дальности и доплеровского сдвига частоты рл, ги 1ЗЗ00 !2917 !2533 12150 11707 !1383 1!000 О О О О ы с л О О Ф "К 'о о о о ы е ы о ы о о Рис. 5.6.
Изменения лоплеровского сдвига частоты сигналов, отражен- ных от воздушных целей 245 В процессе радиолокационного наблюдения координаты целей изменяются. В качестве примера на рис. 5.6 представлены полученные экспериментально результаты изменения доплеровского сдвига частоты сигналов, отраженных от групповой воздушной цели, состоящей из четырех летательных аппаратов, при длительном времени наблюдения (422. По оси абсцисс отложено время (с), по оси ординат — значение доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала (! ц). Видно, что доплеровский сдвиг частоты в процессе наблюдения весьма сильно меняется, что вызвано изменением ракурса, атмосферными флуктуациями, маневрированием и т.д. Таким образом, измеряемые параметры являются функциями времени.
Радиолокационный измеритель должен формировать оценки с учетом данных, полученных ранее, Такая информация позволяет анализировать не весь диапазон возможного изменения параметров, а только часть его, вероятность нахождения полезного сигнала в котором близка к единице, и оценивать не измеряемый параметр, а отклонение его от прогнозируемого значения (невязку), уточняя последнее по результатам измерения. Такая процедура реализуется в следящих измерителях. Обобщенная структурная схема следящего измерителя представлена на рис. 5.7. Измеритель включает в себя фильтр-экстраполятор, вырабаты- 5.
Основы теории измерения нараметров сигналов Рис. 5.7. Обобщенная структурная схема следящего измерителя вающий опорное напряжение, соответствующее прогнозируемому значению (априорной оценке Ло) измеряемого параметра, и дискриминатор. В дискриминаторе формируется максимально правдоподобная оценка рассогласования между текущим и опорным значениями измеряемого параметра (оценка невязки).
Для нахождения операций, выполняемых в дискриминаторе, разложим в ряд логарифм отношения правдоподобия в окрестности опорной точки Ло, ограничившись второй степенью ~43): Е(Л)=ЕР"о) 'Е'(Ло)(Л Ло)+Е'Ро)Р Ло) Е2 (5.30) Приравняв нулю первую производную функции Е~Л): Е'(Л) = Е'(Ло)+ Е"Р о)(Л- Ло) = 0* (5.31) получим выражение для оптимальной оценки измеряемого параметра: Л = Ло — Е'Р о) ЕЕ"Р о) = Ло+ ~- (5.32) где бх =-ЕТЛо)ЕЕ"(Ло) = — У'(Ло)ЕУ'(Ло) — оценка малого отклонения параметра, формируемая в дискриминаторе. Оценка (5.32) определяется из условия обращения в нуль первой производной логарифма отношения правдоподобия. Однако дискриминатор удобнее строить так, чтобы его выходная функция обращалась в нуль в опорной точке Ло, которая становится точкой настройки дискриминатора. Формально это можно обеспечить, поменяв местами Л и Ло в разности Л вЂ” Ло и изменив знак первой производной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
