Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации (1974) (1186213), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Обычно ивэтом случае схемным путем учитывают смещение в (т—1) позиций,а нескомпенсированную часть относят к случайным ошибкам.Случайные ошибки оценки азимута обусловлены, главным образом,несимметричностью пропусков сигнальных импульсов на краях пачки,где отношение сигнала к помехе . мало. Дисперсия относительнойслучайной ошибки оценки азимута определяется по формуле°1Г λ + μ "1—В- = /пгде' [ 2 J176{[-λ + μ"|\2^ — [тЛ~*ч ] ,_о(5.5.22)ρ λ μ — совместная вероятность фиксации начала пачки на λ-й позиции,а конца — на μ-й позиции.Вероятность />λμ можно представить в видеρλμ = ρλρμ/λϊ(5.5.23)где Р\ — безусловная вероятность фиксации начала пачки на λ-йпозиции, которая, например, для логики обнаружения «m/m» определяется из выражения (п.
5.5.2)(5.5.24)^ д — условная, вероятность фиксации конца пачки на μ позиции(при условии, что начало пачки зафиксировано на λ позиции).При известном критерии сброса к вычисление вероятности Я и д производится следующим образом.1. Строится граф со случайными переходами для логики сбросаобнаруженной пачки.
Исходным узлом такого графа является конечныйузел графа,- построенного для логики обнаружения пачки (узел атв графе обнаружителя, реализующего логику amlrm). Конечным узломграфа является узел ат + \1> соответствующий выполнению критериясброса. С конечным узлом графа совмещается поглощающий экран.Полученный граф начинает функционировать после обнаруженияпачки на λ позиции. Следовательно, вектор вepoятнoςтeй его состоянийна λ позиции пачки имеет видρ(μ = λ)=!|ρ,η(μ = λ)ρ η ι + 1 (μ = λ ) .
. . ^ + 1 ί ( μ = λ ) | | = ||100 ... 0||-Этот вектор является вектором вероятностей исходного состояния привычислении вероятности ρμ/χ.Матрица переходных вероятностей графа на μ позиции пачки записывается в видеPs»Ps»П к (μ) =ρ5μ0^δμυ0^ μ0000и...0...qSii...1(5.5.25)где μ = λ + 1< + N + k.. 2. Путем последовательного умножения вектор а-строк и вероятностей состояний графа на предыдущем шаге Р (μ — I) на матрицупереходных вероятностей Пк (μ) получаем систему уравнений для вычисления вероятностей состояний на следующем шаге.
Эта системаимеет вид^η» (μ) =" ρ β μ [1 —-P m + k (μ— 1)],•Λη+ι(μ)=Λ»(μ-ΐ)<7 5 μ .(5.5.26)/ W (μ) - P « + k - ! ( μ - 1 ) qSil +Рт+ь(μ-1).1773. Условная вероятность окончания пачки на μ позиции, при условии ее обнаружения на λ позиции, равнаНа рис. 5.13 приведены рассчитанные по формуле (22) графики относительных значений среднеквадратичных ошибок оценки азимутапачки нефлюктуирующих сигналов для некоторых алгоритмов обра-Рис.
5.13. Графики относительных значений среднеквадратичных ошибок оценкиазимута пачки.ботки чт!т — к» и dim — к» при N = 15 и Рпо — 2 . 10-*. Сравнение этих графиков позволяет сделать следующие выводы:1. Рассмотренные алгоритмы при достаточно больших отношенияхсигнала к помехе мало отличаются по точности оценки азимута пачки.* 2. Алгоритм «3/4 — 2» не является наилучшим с точки зренияОбеспечения максимальной точности оценки центра пачки. С этой точкизрения предпочтительнее алгоритмы с жесткой логикой обнаружения«3/3» и «4/4».5.6.
Реализация первичной обработки на ЦВМВ предыдущих параграфах рассматривалась теория первичной обработки двоично квантованных радиолокационных сигналов в пределах одного интервала временной дискретизации, т. е. в пределах одного кольца дальности шириною Д г . Обработка сигналов во всей зонеобзора РЛС возможна либо путем параллельного включения рассмот'178ренных выше обнаружителей в каждом интервале временной дискретизации, с последующим объединением данных, либо путем последовательного анализа информации во всей зоне обзора РЛС с помощьюЦВМ. Первый способ прост по идее, но чрезвычайно громоздок в реализации.
Второй требует применения быстродействующих ЦВМ, способных обеспечить последовательную обработку информации в реальноммасштабе времени.В данном параграфе рассматриваются принципьгреализации первичной обработки на ЦВМ для случая одноканальной импульснойРЛС кругового обзора.5.6,1. Вариант построения системы цифровой первичнойобработкиНа рис.
5.14 приведен вариант блочной схемы аппаратуры, осуществляющей цифровую первичную обработку на выходе одноканальной импульсной РЛС. Рассмотрим последовательность прохожденияинформации в этой схеме и функции отдельных блоков.Eft)!«• (J..N.J—W*.кЗамтеЗамиясигналов1 ϊTiПороги.МасштабныеимпулосыДУУогуЦВМ ПОРис. 5.14. Вариант блочной схемы аппаратуры первичной обработки РЛИ.В блоке квантования производится:• — дискриминация огибающей напряжения с выхода детектора РЛСна уровне ы1(— селекция выбросов огибающей по длительности; в результатеселекции по длительности отсеиваются сигналы, длительность которыхменьше τχ (меньше порога по длительности),— нормализация по амплитуде прошедших селекцию выбросов.На выходе блока квантования образуется последовательность(поток) импульсов одинаковой амплитуды, но случайной длительности(с ограничением снизу).Таким образом, в рассматриваемой схеме отсутствует предварительная дискретизация выходного напряжения приемника РЛС повремени..
.В кодирующем устройстве производится:— кодирование (в двоичном коде) времени задержки фронта каждого прошедшего селекцию выброса;, цена младшего разряда кода времени задержки характеризует дискретность отсчета дальности;179— кодирование в двоичном коде длительности каждого выбросаτ ( , причем цена младшего разряда при кодировании длительностивыброса может быть меньше цены младшего разряда при кодированиизадержки;— кодирование в двоичном коде текущего азимута антенны β ( .Блоки квантования и кодирования являются блоками сопряжения РЛС с ЦВМ.Полученные на выходе устройства, кодирующего время, значениязадержек и длительностей сигнала поступают на вход ЦВМ, котораяпредназначена для последовательной обработки потока входных сигналов с целью обнаружения полезного сигнала и оценки его координаты дальности. Сигналы с выхода устройства, кодирующего β, используются для оценки азимута пачки.ЦВМ первичной обработки предполагается построенной по универсальной схеме и имеет в своем составе: буферное запоминающее устройство (БЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), арифметическое устройство (АУ) и устройство управления (УУ).
БЗУ предназначено для хранения очереди отметок с координатами tt, xit поступающих для обработки. Запись кодов tlt τ, в БЗУ обычно производится в порядке их поступления. Выбор кодов из БЗУ также можетбыть упорядочен по времени (начиная с минимальной задержки tt).В АУ реализуется основной алгоритм обработки принимаемых сигналов с целью формирования пачек, обнаружения целей и оценки ихкоординат.
ОЗУ предназначено для хранения в свернутом виде промежуточных результатов формирования пачек. Устройство управленияобеспечивает заданную последовательность выполнения операции алгоритма обработки поступающих сигналов.Обработка информации в ЦВМ организуется по тактам: Длительность такта равна длительности периода зондирования РЛС. К началуследующего такта информация предыдущего такта должна быть полностью обработана.5.6.2.
Характеристика потока сигналов на входе ЦВМпервичной обработкиБудем предполагать, что обработке подлежат сигналы некогерентной РЛС. Тогда напряжение на входе блока квантования сигналовпредставляет собой огибающую узкополосного стационарного случайного процесса в области, где цели отсутствуют, и огибающую суммыстационарного процесса и импульсного сигнала в области цели.Предположим сначала, что сигнал отсутствует; напряжение огибающей помехи в блоке квантования ограничивается на уровне к х .При достаточно высоких порогах xl = uJoN > 1, где σ^ — среднеквадратичное значение напряжения помехи, полученные после ограничения выбросы можно считать независимыми редкими событиями.Тогда число выбросов, появившихся в интервале t, подчиняется закону Пуассона;180~A(Xl)i].(5.6.1)Единственным параметром этого закона является математическоеожидание числа выбросов в единицу времени Л (хх), которое для огибающей стационарного нормального случайного процесса (при отсутствии полезного сигнала) вычисляется по формуле [3](5.6.2)где.
δω — ширина спектра случайного процесса, которая для фильтрас колокольной амплитудной характеристикой (такую характеристикуимеет, как правило, УПЧ приемника) связана с полосой Δ/ УПЧприближенным равенством δω Й? 0,4Δω = 0,8πΔ/.Средняя длительность выбросов, превысивших относительный порог xlt определяется по формуле(5-6.3)Селекция выбросов по длительности не меняет закона распределения их числа на выходе схемы квантизатора. Для определения среднего числа выбросов огибающей, прошедших селекцию по длительности на уровне τ 1 ( необходимо знать закон распределения длительности выбросов огибающей.
В теоретических исследованиях пользуются аппроксимациями этого закона: функцией Релея или показательной функцией (или функцией Релея на начальном участке и показательной функцией на остальных участках, как это предложено в [3]).В дальнейшем принимается, что плотность распределения длительности выбросов описывается показательной функцией вида(x) = —1We x p f — ^ — 1.(5.6.4)Тогда среднее число «выбросов помехи, прошедших селекцию поамплитуде и длительности, будет равноЛ(хх, xl)~A{xl)\w{x)dx=A(x1)exp\ —=3-1.(5.6.5)Запишем условную плотность вероятности длительности выбросовпрошедших селекцию по длительности в виде [4]w (τ)—i~i—=w (τ/Tj) =J w{x)dx1exp Г(τK ll(5.6.5a)0Средняя длительность выбросов, прошедших селекцию по амплитудеи длительности, будет равнаx~(xvxl)--=\xw(—)dx=:x1+x~(xl).(5.6.6)481Таким образом, на вход ЦВМ первичной обработки поступает пуассоновский поток ложных сигналов с интенсивностью Л (хх, τχ)и средней длительностью τ (χχ, хх).На рис. 5.15 изображены рассчитанные по формулам (2) и (5) параметры интенсивности потока ложных сигналов в зависимости ототносительного порога xlt при отсутствии селекции сигналов по длительности (кривая /) и при xt —• 0,8- 10~β сек, А[ = 10е гц (кривая 2).3,5 х,Рис.
5.15. Графики интенсивности потока ложных сигналов.Среднее число ложных сигналов за врем/ одной развертки дальности (за время одного такта обработки) равнаК = Λ.(*ι. xlt)tr,(5.6.7)где tr = 2г макс /с, ^ MaKC — максимальная дальность обнаружения РЛС;с — скорость распространения электромагнитной энергии. Зависимость λτ от порога χλ при г м а н о = 300 км показана на рис. 5.15(кривая 3)...Учтем теперь составляющую входящего потока, обусловленнуюполезными сигналами, отраженными от целей.
Будем считать, чтов пределах одного такта обработки (на одном азимутальном направлении) число полезных сигналов также подчинено закону Пуассона с математическим ожиданием пг. Элементарные расчеты' показывают, чтодаже при очень большой плотности целей в зоне обзора пГ не превышает Нескольких единиц.
Число же ложных сигналов может достигать нескольких десятков и даже сотен единиц. Следовательно, суммарное среднее число обрабатываемых сигналов, поступающих на входЦВМ первичной обработки, равно'.Nr =•182(5.6.8,Таким образом, основную загрузку для ЦВМ первичной обработки.радиолокационной информации составляет обработка потока сообщений о ложных сигналах.5.6.3. Машинный алгоритм цифровой первичной обработкиРассмотрим един из возможных вариантов реализации алгоритмапервичной обработки на ЦВМ. В основу построения машинного алгоритма первичной обработки положены следующие предпосылки.1. Формирование пачек производится по методу совпадений сигналов из различных периодов зондирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
